Hittebehandeling van staal is die kragtigste meganisme om die struktuur en eienskappe daarvan te beïnvloed. Dit is gebaseer op modifikasies van kristalroosters, afhangende van die spel van temperature. Ferriet, perliet, sementiet en austeniet kan onder verskillende toestande in 'n yster-koolstoflegering teenwoordig wees. Laasgenoemde speel 'n groot rol in alle termiese transformasies in staal.
Definisie
Staal is 'n legering van yster en koolstof, waarin die koolstofinhoud teoreties tot 2,14% is, maar tegnologies toepaslik bevat dit in 'n hoeveelheid van nie meer as 1,3%. Gevolglik is al die strukture wat daarin gevorm word onder die invloed van eksterne invloede ook variëteite van legerings.
Teorie bied hul bestaan in 4 variasies aan: 'n penetrasie vaste oplossing, 'n uitsluiting vaste oplossing, 'n meganiese mengsel van korrels of 'n chemiese verbinding.
Austeniet is 'n soliede oplossing van koolstofatoompenetrasie in die gesigsentriese kubieke kristalrooster van yster, waarna verwys word as γ. Die koolstofatoom word in die holte van die y-rooster van yster ingebring. Die afmetings daarvan oorskry die ooreenstemmende porieë tussen Fe-atome, wat die beperkte deurgang daarvan deur die "mure" van die hoofstruktuur verklaar. Gevorm in prosessetemperatuurtransformasies van ferriet en perliet met toenemende hitte bo 727˚С.
Tabel van yster-koolstof-legerings
'n Grafiek genaamd die yster-sementiettoestanddiagram, wat eksperimenteel gebou is, is 'n duidelike demonstrasie van alle moontlike opsies vir transformasies in staal en gietyster. Spesifieke temperatuurwaardes vir 'n sekere hoeveelheid koolstof in die legering vorm kritieke punte waar belangrike strukturele veranderings plaasvind tydens verhitting of verkoelingsprosesse, dit vorm ook kritieke lyne.
Die GSE-lyn, wat die punte Ac3 en Acm bevat, verteenwoordig die vlak van koolstofoplosbaarheid soos hittevlakke toeneem.
| Tabel van koolstofoplosbaarheid in austeniet teenoor temperatuur | |||||
| Temperatuur, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
|
Geskatte oplosbaarheid van C in austeniet, % |
0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Kenmerke van onderwys
Austeniet is 'n struktuur wat vorm wanneer staal verhit word. Wanneer die kritieke temperatuur bereik word, vorm perliet en ferriet 'n integrale stof.
Verhittingsopsies:
- Uniform, totdat die vereiste waarde bereik is, kort blootstelling,verkoeling. Afhangende van die eienskappe van die legering, kan austeniet volledig of gedeeltelik gevorm word.
- Stadige toename in temperatuur, lang tydperk van die handhawing van die bereike vlak van hitte om suiwer austeniet te verkry.
Eienskappe van die resulterende verhitte materiaal, sowel as dit wat sal plaasvind as gevolg van verkoeling. Baie hang af van die vlak van hitte wat bereik word. Dit is belangrik om oorverhitting of oorverhitting te voorkom.
Mikrostruktuur en eiendomme
Elkeen van die fases kenmerkend van yster-koolstof-legerings het sy eie struktuur van tralies en korrels. Die struktuur van austeniet is lamellêr en het vorms naby aan beide naaldvormig en skilferig. Met volledige oplos van koolstof in γ-yster, het die korrels 'n ligte vorm sonder die teenwoordigheid van donker sementietinsluitings.
Hardheid is 170-220 HB. Die termiese en elektriese geleidingsvermoë is 'n orde van grootte laer as dié van ferriet. Geen magnetiese eienskappe nie.
Variante van verkoeling en die spoed daarvan lei tot die vorming van verskeie modifikasies van die "koue" toestand: martensiet, bainiet, troostiet, sorbiet, perliet. Hulle het 'n soortgelyke naaldvormige struktuur, maar verskil in deeltjieverspreiding, korrelgrootte en sementietdeeltjies.
Effek van verkoeling op austeniet
Ontbinding van austeniet vind op dieselfde kritieke punte plaas. Die doeltreffendheid daarvan hang af van die volgende faktore:
- Verkoelingstempo. Beïnvloed die aard van koolstofinsluitings, die vorming van korrels, die vorming van die finalemikrostruktuur en sy eienskappe. Hang af van die medium wat as die koelmiddel gebruik word.
- Die teenwoordigheid van 'n isotermiese komponent in een van die stadiums van ontbinding - wanneer dit tot 'n sekere temperatuurvlak verlaag word, word stabiele hitte vir 'n sekere tydperk gehandhaaf, waarna vinnige afkoeling voortduur, of dit vind plaas saam met 'n verwarmingstoestel (oond).
Dus word 'n deurlopende en isotermiese transformasie van austeniet onderskei.
Kenmerke van die karakter van transformasies. Grafiek
C-vormige grafiek, wat die aard van veranderinge in die mikrostruktuur van die metaal in die tydinterval vertoon, afhangende van die mate van temperatuurverandering - dit is die austeniet-transformasiediagram. Werklike verkoeling is deurlopend. Slegs sekere fases van gedwonge hittebehoud is moontlik. Die grafiek beskryf isotermiese toestande.
Karakter kan diffusie en nie-diffusie wees.
Teen standaard hitteverminderingskoerse verander die austenietkorrel deur diffusie. In die sone van termodinamiese onstabiliteit begin atome onder mekaar beweeg. Diegene wat nie tyd het om in die ysterrooster binne te dring nie, vorm sementietinsluitings. Hulle word verbind deur naburige koolstofdeeltjies wat uit hul kristalle vrygestel word. Sementiet word by die grense van verrottende korrels gevorm. Gesuiwerde ferrietkristalle vorm die ooreenstemmende plate. 'n Verspreide struktuur word gevorm - 'n mengsel van korrels waarvan die grootte en konsentrasie afhang van die snelheid van afkoeling en die inhoudlegering koolstof. Perliet en sy tussenfase word ook gevorm: sorbiet, troostiet, bainiet.
By beduidende tempo van temperatuurverlaging het die ontbinding van austeniet nie 'n diffusiekarakter nie. Komplekse vervormings van kristalle vind plaas, waarbinne alle atome gelyktydig in 'n vlak verplaas word sonder om hul ligging te verander. Gebrek aan diffusie dra by tot die nukleasie van martensiet.
Invloed van verharding op die eienskappe van die ontbinding van austeniet. Martensite
Verharding is 'n tipe hittebehandeling, waarvan die kern die vinnige verhitting tot hoë temperature bokant die kritieke punte Ac3 en Acm is, gevolg deur vinnige afkoeling. As die temperatuur met behulp van water teen 'n tempo van meer as 200˚С per sekonde verlaag word, dan word 'n soliede naaldvormige fase gevorm, wat martensiet genoem word.
Dit is 'n oorversadigde vaste oplossing van penetrasie van koolstof in yster met 'n kristalrooster van die α-tipe. As gevolg van kragtige verplasings van atome word dit verwronge en vorm 'n tetragonale rooster, wat die oorsaak van verharding is. Die gevormde struktuur het 'n groter volume. As gevolg hiervan word die kristalle wat deur die vlak begrens word saamgepers, naaldagtige plate word gebore.
Martensite is sterk en baie hard (700-750 HB). Uitsluitlik gevorm as gevolg van hoëspoed-blus.
Verharding. Diffusiestrukture
Austeniet is 'n formasie waaruit bainiet, troostiet, sorbiet en perliet kunsmatig vervaardig kan word. As die afkoeling van die verharding plaasvind bylaer snelhede, diffusietransformasies word uitgevoer, hul meganisme word hierbo beskryf.
Troostiet is perliet, wat gekenmerk word deur 'n hoë mate van verspreiding. Dit word gevorm wanneer die hitte 100˚С per sekonde afneem. 'n Groot aantal klein korrels ferriet en sementiet is oor die hele vlak versprei. Die "verharde" sementiet word gekenmerk deur 'n lamellêre vorm, en die troostiet wat as gevolg van daaropvolgende tempering verkry word, het 'n korrelige visualisering. Hardheid - 600-650 HB.
Bainiet is 'n tussenfase, wat 'n selfs meer verspreide mengsel van kristalle van hoë-koolstof ferriet en sementiet is. Wat meganiese en tegnologiese eienskappe betref, is dit minderwaardig as martensiet, maar oorskry troostiet. Dit word in temperatuurreekse gevorm wanneer diffusie onmoontlik is, en die kragte van kompressie en beweging van die kristalstruktuur vir transformasie in 'n martensietiese een is nie genoeg nie.
Sorbitol is 'n growwe naaldagtige verskeidenheid perlietfases wanneer dit teen 'n tempo van 10˚С per sekonde afgekoel word. Meganiese eienskappe is intermediêr tussen perliet en troostiet.
Perliet is 'n kombinasie van korrels van ferriet en sementiet, wat korrelvormig of lamellêr kan wees. Gevorm as gevolg van die gladde verval van austeniet met 'n afkoeltempo van 1˚C per sekonde.
Beitiet en troostiet is meer verwant aan verhardende strukture, terwyl sorbiet en perliet ook tydens tempering, uitgloeiing en normalisering gevorm kan word, waarvan die kenmerke die vorm van die korrels en hul grootte bepaal.
Effek van uitgloeiing opaustenitiese verval kenmerke
Feitlik alle tipes uitgloeiing en normalisering is gebaseer op die wederkerige transformasie van austeniet. Volle en onvolledige uitgloeiing word toegepas op hipoeutektoïede staal. Die dele word in die oond verhit bo die kritieke punte Ac3 en Ac1 onderskeidelik. Die eerste tipe word gekenmerk deur die teenwoordigheid van 'n lang houperiode, wat volledige transformasie verseker: ferriet-austeniet en perliet-austeniet. Dit word gevolg deur stadige afkoeling van die werkstukke in die oond. By die uitset word 'n fyn verspreide mengsel van ferriet en perliet verkry, sonder interne spannings, plastiek en duursaam. Onvolledige uitgloeiing is minder energie-intensief en verander net die struktuur van perliet, wat ferriet feitlik onveranderd laat. Normalisering impliseer 'n hoër tempo van temperatuurverlaging, maar ook 'n growwer en minder plastiese struktuur by die uitgang. Vir staallegerings met 'n koolstofinhoud van 0,8 tot 1,3% vind ontbinding by afkoeling, as deel van normalisering, in die rigting: austeniet-perliet en austeniet-sementiet plaas.
Nog 'n tipe hittebehandeling gebaseer op strukturele transformasies is homogenisering. Dit is van toepassing op groot dele. Dit impliseer die absolute bereiking van die austenitiese grofkorrelige toestand by temperature van 1000-1200 ° C en blootstelling in die oond vir tot 15 uur. Isotermiese prosesse gaan voort met stadige afkoeling, wat help om die metaalstrukture gelyk te maak.
Isotermiese uitgloeiing
Elkeen van die gelyste metodes om die metaal te beïnvloed om begrip te vergemaklikbeskou as 'n isotermiese transformasie van austeniet. Elkeen van hulle het egter eers op 'n sekere stadium kenmerkende kenmerke. In werklikheid vind veranderinge plaas met 'n bestendige afname in hitte, waarvan die spoed die resultaat bepaal.
Een van die metodes wat die naaste aan ideale toestande is, is isotermiese uitgloeiing. Die essensie daarvan bestaan ook uit verhitting en hou tot die volledige ontbinding van alle strukture in austeniet. Verkoeling word in verskeie stadiums geïmplementeer, wat bydra tot 'n stadiger, langer en meer termies-stabiele ontbinding.
- Die vinnige daling in temperatuur tot 100˚C onder die Ac-punt1.
- Geforseerde behoud van die behaalde waarde (deur in die oond te plaas) vir 'n lang tyd totdat die prosesse van vorming van ferriet-perlietfases voltooi is.
- Verkoeling in stil lug.
Die metode is ook van toepassing op legeringstaal, wat gekenmerk word deur die teenwoordigheid van oorblywende austeniet in die afgekoelde toestand.
Behoue austeniet en austenitiese staal
Soms is onvolledige verval moontlik wanneer daar behoue austeniet is. Dit kan in die volgende situasies gebeur:
- Verkoel te vinnig wanneer volledige verval nie plaasvind nie. Dit is 'n strukturele komponent van bainiet of martensiet.
- Hoëkoolstof- of lae-legeringsstaal, waarvoor die prosesse van austenitiese verspreide transformasies ingewikkeld is. Vereis spesiale hittebehandelingsmetodes soos homogenisering of isotermiese uitgloeiing.
Vir hooggelegeerde -daar is geen prosesse van die beskryfde transformasies nie. Legering van staal met nikkel, mangaan, chroom dra by tot die vorming van austeniet as die belangrikste sterk struktuur, wat nie bykomende invloede vereis nie. Austenitiese staal word gekenmerk deur hoë sterkte, korrosiebestandheid en hittebestandheid, hittebestandheid en weerstand teen moeilike aggressiewe werksomstandighede.
Austeniet is 'n struktuur sonder die vorming waarvan geen hoë-temperatuur verhitting van staal moontlik is nie en wat by feitlik alle metodes van die hittebehandeling daarvan betrokke is om meganiese en tegnologiese eienskappe te verbeter.
