Varmebehandling av stål er den kraftigste mekanismen for å påvirke dets struktur og egenskaper. Den er basert på modifikasjoner av krystallgitter avhengig av temperaturspillet. Ferritt, perlitt, sementitt og austenitt kan være tilstede i en jern-karbonlegering under forskjellige forhold. Sistnevnte spiller en stor rolle i alle termiske transformasjoner i stål.
Definition
Stål er en legering av jern og karbon, hvor karboninnholdet er opp til 2,14% teoretisk, men teknologisk anvendelig inneholder det i en mengde på ikke mer enn 1,3%. Følgelig er alle strukturene som dannes i den under påvirkning av ytre påvirkninger også varianter av legeringer.
Teorien presenterer deres eksistens i 4 varianter: en penetrerende fast løsning, en ekskluderende fast løsning, en mekanisk blanding av korn eller en kjemisk forbindelse.
Austenitt er en solid løsning av karbonatompenetrering inn i det ansiktsentriske kubiske krystallgitteret av jern, referert til som γ. Karbonatomet innføres i hulrommet til y-gitteret til jern. Dens dimensjoner overstiger de tilsvarende porene mellom Fe-atomer, noe som forklarer den begrensede passasjen av dem gjennom "veggene" til hovedstrukturen. Dannes i prosessertemperaturtransformasjoner av ferritt og perlitt med økende varme over 727˚С.
Kart over jern-karbon-legeringer
En graf k alt jern-sementitt tilstandsdiagrammet, bygget eksperimentelt, er en tydelig demonstrasjon av alle mulige alternativer for transformasjoner i stål og støpejern. Spesifikke temperaturverdier for en viss mengde karbon i legeringen danner kritiske punkter der viktige strukturelle endringer skjer under oppvarmings- eller avkjølingsprosesser, de danner også kritiske linjer.
GSE-linjen, som inneholder punktene Ac3 og Acm, representerer nivået av karbonløselighet når varmenivåene øker.
| Tabell over karbonløselighet i austenitt versus temperatur | |||||
| Temperature, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Omtrentlig løselighet av C i austenitt, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Funksjoner ved utdanning
Austenitt er en struktur som dannes når stål varmes opp. Ved å nå den kritiske temperaturen danner perlitt og ferritt en integrert substans.
Oppvarmings alternativer:
- Uniform, til ønsket verdi er nådd, kort eksponering,kjøling. Avhengig av egenskapene til legeringen kan austenitt være helt eller delvis dannet.
- Langsom temperaturøkning, lang periode for å opprettholde det nådde varmenivået for å oppnå ren austenitt.
Egenskapene til det resulterende oppvarmede materialet, samt det som vil finne sted som følge av avkjøling. Mye avhenger av varmenivået som oppnås. Det er viktig å forhindre overoppheting eller overoppheting.
Mikrostruktur og egenskaper
Hver av fasene som er karakteristiske for jern-karbon-legeringer har sin egen struktur av gitter og korn. Strukturen til austenitt er lamellær, med former nær både nålformede og flassende. Med fullstendig oppløsning av karbon i γ-jern har kornene en lys form uten tilstedeværelse av mørke sementittinneslutninger.
Hardhet er 170-220 HB. Den termiske og elektriske ledningsevnen er en størrelsesorden lavere enn for ferritt. Ingen magnetiske egenskaper.
Varianter av kjøling og dens hastighet fører til dannelsen av ulike modifikasjoner av den "kalde" tilstanden: martensitt, bainitt, troostitt, sorbitt, perlitt. De har en lignende nåleformet struktur, men er forskjellige i partikkelspredning, kornstørrelse og sementittpartikler.
Effekt av kjøling på austenitt
Dekomponering av austenitt skjer på de samme kritiske punktene. Effektiviteten avhenger av følgende faktorer:
- Kjølingshastighet. Påvirker naturen til karboninneslutninger, dannelsen av korn, dannelsen av den endeligemikrostruktur og dens egenskaper. Avhenger av mediet som brukes som kjølevæske.
- Tilstedeværelsen av en isotermisk komponent i et av nedbrytningsstadiene - når den senkes til et visst temperaturnivå, opprettholdes stabil varme i en viss tidsperiode, hvoretter rask avkjøling fortsetter, eller den skjer sammen med en varmeapparat (ovn).
Dermed skilles en kontinuerlig og isoterm transformasjon av austenitt.
Funksjoner av karakteren til transformasjoner. Diagram
C-formet graf, som viser arten av endringer i metallets mikrostruktur i tidsintervallet, avhengig av graden av temperaturendringer - dette er austenitttransformasjonsdiagrammet. Virkelig kjøling er kontinuerlig. Bare noen faser med tvungen varmeretensjon er mulig. Grafen beskriver isotermiske forhold.
Karakter kan være diffusjon og ikke-diffusjon.
Ved standard varmereduksjonshastigheter endres austenittkornet ved diffusjon. I sonen med termodynamisk ustabilitet begynner atomer å bevege seg mellom seg. De som ikke har tid til å trenge inn i jerngitteret danner sementittinneslutninger. De er forbundet med nabokarbonpartikler som frigjøres fra krystallene deres. Sementitt dannes ved grensene til råtnende korn. Rensede ferrittkrystaller danner de tilsvarende platene. Det dannes en spredt struktur - en blanding av korn, hvis størrelse og konsentrasjon avhenger av avkjølingshastigheten og innholdetlegert karbon. Perlitt og dens mellomfaser dannes også: sorbitt, troostitt, bainitt.
Ved betydelig temperaturnedgang har ikke dekomponeringen av austenitt en diffusjonskarakter. Komplekse forvrengninger av krystaller oppstår, innenfor hvilke alle atomer forskyves samtidig i et plan uten å endre deres plassering. Mangel på diffusjon bidrar til kjernedannelse av martensitt.
Herdings innflytelse på egenskapene til nedbrytningen av austenitt. Martensite
Herding er en type varmebehandling, hvis essens er rask oppvarming til høye temperaturer over de kritiske punktene Ac3 og Acm, etterfulgt av rask avkjøling. Hvis temperaturen senkes ved hjelp av vann med en hastighet på mer enn 200˚С per sekund, dannes det en fast nåleformet fase, som kalles martensitt.
Det er en overmettet fast løsning av penetrering av karbon i jern med et krystallgitter av α-typen. På grunn av kraftige forskyvninger av atomer blir det forvrengt og danner et tetragon alt gitter, som er årsaken til herding. Den dannede strukturen har et større volum. Som et resultat blir krystallene avgrenset av flyet komprimert, nållignende plater blir født.
Martensite er sterk og veldig hard (700-750 HB). Utformet utelukkende som et resultat av høyhastighetsslukking.
Herding. Diffusjonsstrukturer
Austenitt er en formasjon som bainitt, troostitt, sorbitt og perlitt kan fremstilles kunstig. Dersom avkjølingen av herdingen skjer kllavere hastigheter, diffusjonstransformasjoner utføres, deres mekanisme er beskrevet ovenfor.
Troostitt er perlitt, som er preget av høy spredningsgrad. Det dannes når varmen synker 100˚С per sekund. Et stort antall små korn av ferritt og sementitt er fordelt over hele flyet. Den "herdede" sementitten er preget av en lamellær form, og troostitten oppnådd som et resultat av påfølgende herding har en granulær visualisering. Hardhet – 600–650 HB.
Bainitt er en mellomfase, som er en enda mer spredt blanding av krystaller av høykarbon ferritt og sementitt. Når det gjelder mekaniske og teknologiske egenskaper, er den dårligere enn martensitt, men overgår troostitt. Det dannes i temperaturområder når diffusjon er umulig, og kreftene ved kompresjon og bevegelse av krystallstrukturen for transformasjon til en martensittisk struktur ikke er nok.
Sorbitol er en grov nållignende rekke perlittfaser når den avkjøles med en hastighet på 10˚С per sekund. Mekaniske egenskaper ligger mellom perlitt og troostitt.
Perlite er en kombinasjon av korn av ferritt og sementitt, som kan være granulært eller lamellformet. Dannet som et resultat av den jevne nedbrytningen av austenitt med en kjølehastighet på 1˚C per sekund.
Beitit og troostitt er mer relatert til herdende strukturer, mens sorbitt og perlitt også kan dannes under herding, gløding og normalisering, hvis egenskaper bestemmer formen på kornene og deres størrelse.
Effekt av gløding påfunksjoner for austenittforfall
Nesten alle typer gløding og normalisering er basert på gjensidig transformasjon av austenitt. Full og ufullstendig gløding påføres hypoeutectoid stål. Delene varmes opp i ovnen over henholdsvis de kritiske punktene Ac3 og Ac1. Den første typen er preget av tilstedeværelsen av en lang holdeperiode, som sikrer fullstendig transformasjon: ferritt-austenitt og perlitt-austenitt. Dette etterfølges av sakte nedkjøling av arbeidsstykkene i ovnen. Ved utgangen oppnås en fint fordelt blanding av ferritt og perlitt, uten indre påkjenninger, plastisk og slitesterk. Ufullstendig gløding er mindre energikrevende og endrer bare strukturen til perlitt, og etterlater ferritt praktisk t alt uendret. Normalisering innebærer en høyere temperaturreduksjon, men også en grovere og mindre plastisk struktur ved utgangen. For stållegeringer med et karboninnhold på 0,8 til 1,3 %, ved avkjøling, som en del av normalisering, skjer dekomponering i retning: austenitt-perlitt og austenitt-sementitt.
En annen type varmebehandling basert på strukturelle transformasjoner er homogenisering. Det gjelder for store deler. Det innebærer absolutt oppnåelse av den austenittiske grovkornede tilstanden ved temperaturer på 1000-1200 ° C og eksponering i ovnen i opptil 15 timer. Isotermiske prosesser fortsetter med langsom avkjøling, noe som bidrar til å jevne ut metallstrukturene.
Isotermisk gløding
Hver av de listede metodene for å påvirke metallet for å forenkle forståelsenbetraktet som en isotermisk transformasjon av austenitt. Imidlertid har hver av dem bare på et visst stadium karakteristiske trekk. I virkeligheten skjer endringer med en jevn reduksjon i varme, hvis hastighet bestemmer resultatet.
En av metodene som er nærmest ideelle forhold er isotermisk gløding. Dens essens består også i oppvarming og holding til den fullstendige nedbrytningen av alle strukturer til austenitt. Avkjøling gjennomføres i flere trinn, noe som bidrar til en langsommere, lengre og mer termisk stabil dekomponering.
- Det raske fallet i temperatur til 100˚C under AC-punktet1.
- Tvungen oppbevaring av den oppnådde verdien (ved å plassere den i ovnen) i lang tid inntil prosessene med dannelse av ferritt-perlittfaser er fullført.
- Kjøling i stille luft.
Metoden kan også brukes på legert stål, som er preget av tilstedeværelsen av restaustenitt i avkjølt tilstand.
Beholdt austenitt og austenittisk stål
Noen ganger er ufullstendig forfall mulig når det er tilbakeholdt austenitt. Dette kan skje i følgende situasjoner:
- Avkjøling for fort når fullstendig forfall ikke oppstår. Det er en strukturell komponent av bainitt eller martensitt.
- Høykarbon eller lavlegert stål, som prosessene med austenittiske dispergerte transformasjoner er kompliserte for. Krever spesielle varmebehandlingsmetoder som homogenisering eller isotermisk gløding.
For høylegerte -det er ingen prosesser av de beskrevne transformasjonene. Legering av stål med nikkel, mangan, krom bidrar til dannelsen av austenitt som den viktigste sterke strukturen, som ikke krever ytterligere påvirkning. Austenittiske stål kjennetegnes av høy styrke, korrosjonsbestandighet og varmebestandighet, varmebestandighet og motstand mot vanskelige aggressive arbeidsforhold.
Austenitt er en struktur uten dannelse som ingen høytemperaturoppvarming av stål er mulig, og som er involvert i nesten alle metoder for varmebehandling for å forbedre mekaniske og teknologiske egenskaper.
