Värmebehandling av stål är den mest kraftfulla mekanismen för att påverka dess struktur och egenskaper. Det är baserat på modifieringar av kristallgitter beroende på temperaturspelet. Ferrit, perlit, cementit och austenit kan förekomma i en järn-kol-legering under olika förhållanden. Den senare spelar en stor roll i alla termiska transformationer i stål.
Definition
Stål är en legering av järn och kol, i vilken kolh alten är upp till 2,14% teoretiskt, men tekniskt användbar innehåller den i en mängd av högst 1,3%. Följaktligen är alla strukturer som bildas i den under påverkan av yttre påverkan också varianter av legeringar.
Teorin presenterar deras existens i 4 varianter: en penetrerande fast lösning, en uteslutande fast lösning, en mekanisk blandning av korn eller en kemisk förening.
Austenit är en fast lösning av kolatoms penetration in i det ansiktscentrerade kubiska kristallgittret av järn, kallat γ. Kolatomen införs i håligheten i järnets y-gitter. Dess dimensioner överstiger motsvarande porer mellan Fe-atomer, vilket förklarar den begränsade passagen av dem genom huvudstrukturens "väggar". Bildas i processertemperaturomvandlingar av ferrit och perlit med ökande värme över 727˚С.
diagram över järn-kol-legeringar
En graf som kallas järn-cementittillståndsdiagrammet, byggd experimentellt, är en tydlig demonstration av alla möjliga alternativ för transformationer i stål och gjutjärn. Specifika temperaturvärden för en viss mängd kol i legeringen bildar kritiska punkter där viktiga strukturella förändringar sker under uppvärmnings- eller kylningsprocesser, de bildar också kritiska linjer.
GSE-linjen, som innehåller punkterna Ac3 och Acm, representerar nivån av kollöslighet när värmenivåerna ökar.
| Tabell över kollöslighet i austenit kontra temperatur | |||||
| Temperature, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Ungefärlig löslighet för C i austenit, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Utbildningsfunktioner
Austenit är en struktur som bildas när stål värms upp. När den kritiska temperaturen har nåtts bildar perlit och ferrit en integrerad substans.
Värme alternativ:
- Uniform, tills önskat värde uppnås, kort exponering,kyl. Beroende på legeringens egenskaper kan austenit vara helt eller delvis bildad.
- Långsam ökning av temperaturen, lång period av upprätthållande av den uppnådda värmenivån för att erhålla ren austenit.
Egenskaper hos det resulterande uppvärmda materialet, såväl som det som kommer att ske till följd av kylning. Mycket beror på värmenivån som uppnås. Det är viktigt att förhindra överhettning eller överhettning.
Mikrostruktur och fastigheter
Var och en av faserna som är karakteristiska för järn-kol-legeringar har sin egen struktur av gitter och korn. Austenitens struktur är lamellär och har former nära både nålformiga och flagnande. Med fullständig upplösning av kol i γ-järn har kornen en ljus form utan närvaro av mörka cementitinneslutningar.
Hårdhet är 170-220 HB. Den termiska och elektriska ledningsförmågan är en storleksordning lägre än för ferrit. Inga magnetiska egenskaper.
Varianter av kylning och dess hastighet leder till bildandet av olika modifikationer av det "kalla" tillståndet: martensit, bainit, troostit, sorbit, perlit. De har en liknande nålformad struktur, men skiljer sig i partikelspridning, kornstorlek och cementitpartiklar.
Kylningens effekt på austenit
Sönderdelning av austenit sker vid samma kritiska punkter. Dess effektivitet beror på följande faktorer:
- Kylhastighet. Påverkar karaktären av kolinneslutningar, bildandet av korn, bildandet av finalenmikrostruktur och dess egenskaper. Beror på mediet som används som kylvätska.
- Närvaron av en isoterm komponent i ett av nedbrytningsstadierna - när den sänks till en viss temperaturnivå bibehålls stabil värme under en viss tidsperiod, varefter snabb nedkylning fortsätter, eller så sker den tillsammans med en värmeanordning (ugn).
Därmed urskiljs en kontinuerlig och isotermisk omvandling av austenit.
Funktioner hos transformationers karaktär. Diagram
C-formad graf, som visar arten av förändringar i metallens mikrostruktur i tidsintervallet, beroende på graden av temperaturförändring - detta är austenittransformationsdiagrammet. Verklig kylning är kontinuerlig. Endast vissa faser av forcerad värmelagring är möjliga. Grafen beskriver isotermiska förhållanden.
Tecken kan vara diffusion och icke-diffusion.
Vid standard värmereduktionshastigheter förändras austenitkornen genom diffusion. I zonen av termodynamisk instabilitet börjar atomer röra sig sinsemellan. De som inte hinner tränga in i järngittret bildar cementitinneslutningar. De är förenade av angränsande kolpartiklar som frigörs från deras kristaller. Cementit bildas vid gränserna för ruttnande korn. Renade ferritkristaller bildar motsvarande plattor. En dispergerad struktur bildas - en blandning av korn, vars storlek och koncentration beror på kylningshastigheten och innehålletlegerat kol. Perlit och dess mellanfaser bildas också: sorbit, troostit, bainit.
Vid betydande temperaturminskningshastigheter har nedbrytningen av austenit ingen diffusionskaraktär. Komplexa förvrängningar av kristaller uppstår, inom vilka alla atomer samtidigt förskjuts i ett plan utan att ändra deras placering. Brist på diffusion bidrar till kärnbildning av martensit.
Härdningens inverkan på egenskaperna hos nedbrytningen av austenit. Martensite
Härdning är en typ av värmebehandling, vars kärna är den snabba uppvärmningen till höga temperaturer över de kritiska punkterna Ac3 och Acm, följt av snabb kylning. Om temperaturen sänks med hjälp av vatten med en hastighet av mer än 200˚С per sekund, bildas en fast nålformad fas, som kallas martensit.
Det är en övermättad fast lösning för penetration av kol i järn med ett kristallgitter av α-typ. På grund av kraftiga förskjutningar av atomer förvrängs det och bildar ett tetragon alt gitter, vilket är orsaken till härdning. Den formade strukturen har en större volym. Som ett resultat komprimeras kristallerna som begränsas av planet, nålliknande plattor föds.
Martensite är stark och mycket hård (700-750 HB). Bildas uteslutande som ett resultat av snabbsläckning.
Härdning. Diffusionsstrukturer
Austenit är en formation från vilken bainit, troostit, sorbit och perlit kan framställas på konstgjord väg. Om kylningen av härdningen sker kllägre hastigheter, diffusionstransformationer utförs, deras mekanism beskrivs ovan.
Troostite är perlit, som kännetecknas av en hög grad av spridning. Det bildas när värmen minskar 100˚С per sekund. Ett stort antal små korn av ferrit och cementit är fördelade över hela planet. Den "härdade" cementiten kännetecknas av en lamellform, och troostiten som erhålls som ett resultat av efterföljande härdning har en granulär visualisering. Hårdhet - 600-650 HB.
Bainit är en mellanfas, som är en ännu mer dispergerad blandning av kristaller av ferrit med hög kolh alt och cementit. När det gäller mekaniska och tekniska egenskaper är den sämre än martensit, men överstiger troostit. Den bildas i temperaturområden när diffusion är omöjlig och kristallstrukturens kompressions- och rörelsekrafter för omvandling till en martensitisk struktur inte är tillräckliga.
Sorbitol är en grov nålliknande variant av perlitfaser när den kyls med en hastighet av 10˚С per sekund. Mekaniska egenskaper ligger mellan perlit och troostit.
Perlit är en kombination av korn av ferrit och cementit, som kan vara granulär eller lamellartad. Bildas som ett resultat av det mjuka sönderfallet av austenit med en kylningshastighet på 1˚C per sekund.
Beitit och troostit är mer relaterade till härdande strukturer, medan sorbit och perlit också kan bildas vid härdning, glödgning och normalisering, vars egenskaper bestämmer kornens form och storlek.
Effekt av glödgning påaustenitförfallsegenskaper
Praktiskt taget alla typer av glödgning och normalisering är baserade på ömsesidig omvandling av austenit. Fullständig och ofullständig glödgning appliceras på hypoeutektoida stål. Delarna värms upp i ugnen ovanför de kritiska punkterna Ac3 respektive Ac1. Den första typen kännetecknas av närvaron av en lång hållperiod, vilket säkerställer fullständig omvandling: ferrit-austenit och perlit-austenit. Detta följs av långsam kylning av arbetsstyckena i ugnen. Vid utgången erhålls en finfördelad blandning av ferrit och perlit, utan inre spänningar, plastisk och hållbar. Ofullständig glödgning är mindre energikrävande och förändrar bara strukturen hos perlit, vilket lämnar ferrit praktiskt taget oförändrad. Normalisering innebär en högre temperatursänkning, men också en grövre och mindre plastisk struktur vid utgången. För stållegeringar med en kolh alt på 0,8 till 1,3 % sker vid kylning, som en del av normaliseringen, nedbrytning i riktningen: austenit-pearlit och austenit-cementit.
En annan typ av värmebehandling baserad på strukturella transformationer är homogenisering. Den är användbar för stora delar. Det innebär absolut uppnående av det austenitiska grovkorniga tillståndet vid temperaturer på 1000-1200 ° C och exponering i ugnen i upp till 15 timmar. Isotermiska processer fortsätter med långsam nedkylning, vilket hjälper till att jämna ut metallstrukturerna.
Isotermisk glödgning
Var och en av de listade metoderna för att påverka metallen för att förenkla förståelsenbetraktas som en isotermisk omvandling av austenit. Men var och en av dem har endast i ett visst skede karakteristiska egenskaper. I verkligheten sker förändringar med en stadig minskning av värmen, vars hastighet avgör resultatet.
En av metoderna som ligger närmast idealiska förhållanden är isotermisk glödgning. Dess väsen består också i att värma och hålla tills den fullständiga nedbrytningen av alla strukturer till austenit. Kylning genomförs i flera steg, vilket bidrar till en långsammare, längre och mer termiskt stabil nedbrytning.
- Den snabba temperatursänkningen till 100˚C under AC-punkten1.
- Tvingad kvarhållning av det uppnådda värdet (genom att placeras i ugnen) under lång tid tills processerna för bildning av ferrit-perlitfaser är avslutade.
- Kylning i stillastående luft.
Metoden är även tillämpbar på legerade stål, som kännetecknas av närvaron av restaustenit i kylt tillstånd.
Retained austenit och austenitic steels
Ibland är ofullständig sönderfall möjlig när det finns kvarhållen austenit. Detta kan hända i följande situationer:
- Kylning för snabbt när fullständigt förfall inte inträffar. Det är en strukturell komponent av bainit eller martensit.
- Stål med hög kolh alt eller låglegerat stål, för vilket processerna för austenitiska dispergerade omvandlingar är komplicerade. Kräver speciella värmebehandlingsmetoder som homogenisering eller isotermisk glödgning.
För höglegerade -det finns inga processer för de beskrivna transformationerna. Legering av stål med nickel, mangan, krom bidrar till bildningen av austenit som den huvudsakliga starka strukturen, vilket inte kräver ytterligare influenser. Austenitiska stål kännetecknas av hög hållfasthet, korrosionsbeständighet och värmebeständighet, värmebeständighet och motståndskraft mot svåra aggressiva arbetsförhållanden.
Austenit är en struktur utan bildning av vilken ingen högtemperaturuppvärmning av stål är möjlig och som är involverad i nästan alla metoder för dess värmebehandling för att förbättra mekaniska och tekniska egenskaper.
