Terase kuumtöötlus on kõige võimsam mehhanism selle struktuuri ja omaduste mõjutamiseks. See põhineb kristallvõre modifikatsioonidel sõltuv alt temperatuuride mängust. Ferriit, perliit, tsementiit ja austeniit võivad raua-süsiniku sulamis esineda erinevates tingimustes. Viimane mängib olulist rolli kõigis terase termilistes muundumistes.
Definitsioon
Teras on raua ja süsiniku sulam, milles süsinikusisaldus on teoreetiliselt kuni 2,14%, kuid tehnoloogiliselt rakendatav sisaldab seda mitte rohkem kui 1,3%. Sellest tulenev alt on kõik struktuurid, mis selles välismõjude mõjul tekivad, samuti sulamite sordid.
Teooria esitab nende olemasolu neljas variandis: läbitungiv tahke lahus, välistav tahke lahus, terade mehaaniline segu või keemiline ühend.
Austeniit on süsinikuaatomite tahke lahus, mis tungib raua näokesksesse kuubikristallvõre, mida nimetatakse γ-ks. Süsinikuaatom viiakse raua γ-võre õõnsusse. Selle mõõtmed ületavad vastavaid poore Fe aatomite vahel, mis seletab nende piiratud läbipääsu põhistruktuuri "seintest". Tekib protsessidesferriidi ja perliidi temperatuurimuutused kuumuse tõusuga üle 727˚С.
Raua-süsiniku sulamite tabel
Eksperimentaalselt koostatud graafik, mida nimetatakse raud-tsementiidi olekudiagrammiks, näitab selgelt kõiki võimalikke terase ja malmi muundamisvõimalusi. Teatud koguse süsiniku spetsiifilised temperatuuriväärtused sulamis moodustavad kriitilised punktid, kus toimuvad kuumutamis- või jahutamisprotsesside käigus olulised struktuurimuutused, samuti moodustavad need kriitilised jooned.
GSE joon, mis sisaldab punkte Ac3 ja Acm, tähistab süsiniku lahustuvuse taset soojuse taseme tõustes.
| Tabel süsiniku lahustuvuse kohta austeniidis versus temperatuurist | |||||
| Temperatuur, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| C ligikaudne lahustuvus austeniidis, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Hariduse omadused
Austeniit on struktuur, mis tekib terase kuumutamisel. Kriitilise temperatuuri saavutamisel moodustavad perliit ja ferriit lahutamatu aine.
Küttevalikud:
- Ühtlane, kuni nõutava väärtuse saavutamiseni, lühike säritus,jahutamine. Sõltuv alt sulami omadustest võib austeniit olla täielikult või osaliselt moodustunud.
- Aeglane temperatuuri tõus, saavutatud soojustaseme pikaajaline säilitamine puhta austeniidi saamiseks.
Saadud kuumutatud materjali omadused, samuti see, mis toimub jahutamise tulemusena. Palju sõltub saavutatud soojuse tasemest. Oluline on vältida ülekuumenemist või ülekuumenemist.
Mikrostruktuur ja omadused
Igal raua-süsiniku sulamitele iseloomulikul faasil on oma võrede ja terade struktuur. Austeniidi struktuur on lamelljas, kuju on nii teravakujulise kui ka helbelise kujuga. Süsiniku täielikul lahustumisel γ-rauas on terad heleda kujuga, ilma tumedate tsementiidi lisanditeta.
Kõvadus on 170–220 HB. Soojus- ja elektrijuhtivus on suurusjärgu võrra madalam kui ferriidil. Magnetilised omadused puuduvad.
Jahutuse ja selle kiiruse variandid põhjustavad "külma" oleku erinevate modifikatsioonide teket: martensiit, bainiit, troostiit, sorbiit, perliit. Neil on sarnane nõelakujuline struktuur, kuid need erinevad osakeste dispersiooni, tera suuruse ja tsementiidiosakeste poolest.
Jahutuse mõju austeniidile
Austeniidi lagunemine toimub samades kriitilistes punktides. Selle tõhusus sõltub järgmistest teguritest:
- Jahutuskiirus. Mõjutab süsiniku lisandite olemust, terade moodustumist, lõpliku moodustumistmikrostruktuur ja selle omadused. Oleneb jahutusvedelikuna kasutatavast keskkonnast.
- Isotermilise komponendi olemasolu ühes lagunemisetapis – teatud temperatuuritasemeni langetamisel säilib stabiilne soojus teatud aja jooksul, pärast mida jätkub kiire jahtumine või toimub see koos kütteseade (ahi).
Seega eristatakse austeniidi pidevat ja isotermilist muundumist.
Teisenduste iseloomu tunnused. Diagramm
C-kujuline graafik, mis kuvab metalli mikrostruktuuri muutuste olemust ajavahemikus, sõltuv alt temperatuurimuutuse astmest – see on austeniidi muundumise diagramm. Tõeline jahutus on pidev. Võimalikud on ainult mõned sundsoojuse säilitamise faasid. Graafik kirjeldab isotermilisi tingimusi.
Iseloom võib olla hajutatud ja mittehajuv.
Tavaliste kuumuse vähendamise kiiruste korral muutub austeniidi tera difusiooni teel. Termodünaamilise ebastabiilsuse tsoonis hakkavad aatomid omavahel liikuma. Need, kellel pole aega raudvõresse tungida, moodustavad tsementiidi kandjaid. Neid ühendavad naabruses olevad süsinikuosakesed, mis vabanevad nende kristallidest. Tsementiit tekib lagunevate terade piiridel. Puhastatud ferriidikristallid moodustavad vastavad plaadid. Tekib hajutatud struktuur - terade segu, mille suurus ja kontsentratsioon sõltuvad jahtumise kiirusest ja sisaldusestsulam süsinik. Samuti moodustuvad perliit ja selle vahefaasid: sorbiit, troostiit, bainiit.
Temperatuuri märkimisväärse languse korral ei ole austeniidi lagunemisel difusiooni iseloomu. Tekivad kristallide keerulised moonutused, mille sees kõik aatomid nihkuvad üheaegselt tasapinnal, muutmata nende asukohta. Difusiooni puudumine soodustab martensiidi tuuma moodustumist.
Kõvenemise mõju austeniidi lagunemise omadustele. Martensiit
Kõvenemine on kuumtöötluse liik, mille põhiolemus on kiire kuumutamine kõrgetele temperatuuridele üle kriitiliste punktide Ac3 ja Acm, millele järgneb kiire jahutamine. Kui temperatuuri alandada vee abil kiirusega üle 200˚С sekundis, moodustub tahke nõelfaas, mida nimetatakse martensiidiks.
See on α-tüüpi kristallvõrega üleküllastunud tahke lahus, milles süsinik tungib rauda. Aatomite võimsate nihete tõttu on see moonutatud ja moodustab tetragonaalse võre, mis on kõvenemise põhjus. Moodustunud struktuur on suurema mahuga. Selle tulemusena pressitakse tasapinnaga piiratud kristallid kokku, sünnivad nõelalaadsed plaadid.
Martensiit on tugev ja väga kõva (700–750 HB). Moodustunud eranditult kiire karastamise tulemusena.
Kõvenemine. Difusioonistruktuurid
Austeniit on moodustis, millest saab kunstlikult toota bainiiti, troostiiti, sorbiiti ja perliiti. Kui kõvenemise jahtumine toimub klväiksemate kiiruste korral teostatakse difusiooniteisendusi, nende mehhanismi on kirjeldatud ülal.
Troostiit on perliit, mida iseloomustab kõrge dispersiooniaste. See tekib siis, kui soojus väheneb 100˚С sekundis. Suur hulk väikeseid ferriidi ja tsementiidi terakesi on jaotatud üle kogu tasapinna. “Kõvenenud” tsementiiti iseloomustab lamellvorm ning järgneva karastamise tulemusena saadud troostiit on teralise visualiseeringuga. Kõvadus – 600–650 HB.
Bainiit on vahefaas, mis on veelgi hajutatud segu kõrge süsinikusisaldusega ferriidi ja tsementiidi kristallidest. Mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste poolest jääb ta alla martensiidile, kuid ületab troostiiti. See moodustub temperatuurivahemikes, kus difusioon on võimatu ning kristallstruktuuri kokkusurumise ja liikumise jõududest martensiitseks muutumiseks ei piisa.
Sorbitool on jäme nõelalaadne valik perliidifaase, kui seda jahutatakse kiirusega 10˚С sekundis. Mehaanilised omadused on perliidi ja troostiidi vahepealsed.
Perliit on ferriidi ja tsementiidi terade kombinatsioon, mis võib olla granuleeritud või lamelljas. Moodustub austeniidi sujuva lagunemise tulemusena jahutuskiirusega 1˚C sekundis.
Beitiit ja troostiit on pigem seotud struktuuride kõvenemisega, ka karastamise, lõõmutamise ja normaliseerimise käigus võivad tekkida ka sorbiit ja perliit, mille tunnused määravad terade kuju ja suuruse.
Lõõmutamise mõjuausteniidi lagunemise tunnused
Praktiliselt kõik lõõmutamise ja normaliseerimise tüübid põhinevad austeniidi vastastikusel muundamisel. Hüpoeutektoidteraste puhul rakendatakse täielikku ja mittetäielikku lõõmutamist. Osasid kuumutatakse ahjus vastav alt kriitiliste punktide Ac3 ja Ac1 kohal. Esimest tüüpi iseloomustab pika säilivusaja olemasolu, mis tagab täieliku transformatsiooni: ferriit-austeniit ja perliit-austeniit. Sellele järgneb toorikute aeglane jahutamine ahjus. Väljundis saadakse peeneks hajutatud ferriidi ja perliidi segu, sisepingeteta, plastiline ja vastupidav. Mittetäielik lõõmutamine on vähem energiamahukas ja muudab ainult perliidi struktuuri, jättes ferriidi praktiliselt muutumatuks. Normaliseerimine tähendab suuremat temperatuuri langust, aga ka jämedamat ja vähem plastilist struktuuri väljapääsu juures. Terassulamite puhul süsinikusisaldusega 0,8–1,3%, toimub jahutamisel normaliseerimise osana lagunemine suunas: austeniit-perliit ja austeniit-tsementiit.
Teine kuumtöötlusviis, mis põhineb struktuurimuutustel, on homogeniseerimine. Seda saab kasutada suurte osade jaoks. See tähendab austeniitse jämedateralise oleku absoluutset saavutamist temperatuuril 1000–1200 ° C ja kokkupuudet ahjus kuni 15 tundi. Isotermilised protsessid jätkuvad aeglase jahutamisega, mis aitab ühtlustada metallkonstruktsioone.
Isotermiline lõõmutamine
Mõistmise lihtsustamiseks kõik loetletud meetodid metalli mõjutamisekspeetakse austeniidi isotermiliseks muundumiseks. Kuid igal neist on ainult teatud etapis iseloomulikud tunnused. Tegelikkuses toimuvad muutused soojuse pideva vähenemisega, mille kiirus määrab tulemuse.
Üks ideaalsetele tingimustele kõige lähemal olevaid meetodeid on isotermiline lõõmutamine. Selle olemus seisneb ka kuumutamises ja hoidmises kuni kõigi struktuuride täieliku lagunemiseni austeniidiks. Jahutamine toimub mitmes etapis, mis aitab kaasa aeglasemale, pikemale ja termiliselt stabiilsemale lagunemisele.
- Temperatuuri kiire langus 100 °C-ni alla vahelduvvoolupunkti1.
- Saavutatud väärtuse sunniviisiline säilitamine (ahju asetades) pikka aega, kuni ferriit-perliidi faaside moodustumise protsessid on lõppenud.
- Jahutamine vaikses õhus.
Meetod on rakendatav ka legeerteraste puhul, mida iseloomustab jääk-austeniidi olemasolu jahutatud olekus.
Säilitatud austeniit ja austeniitsed terased
Mõnikord on austeniidi säilimise korral võimalik mittetäielik lagunemine. See võib juhtuda järgmistes olukordades:
- Jahutus liiga kiiresti, kui täielikku lagunemist ei toimu. See on bainiidi või martensiidi struktuurikomponent.
- Kõrge süsinikusisaldusega või madala legeeritud teras, mille puhul on austeniitse hajutatud muundamise protsessid keerulised. Nõuab spetsiaalseid kuumtöötlusmeetodeid, nagu homogeniseerimine või isotermiline lõõmutamine.
Kõrge legeeritud -kirjeldatud teisenduste protsessid puuduvad. Terase legeerimine nikli, mangaani, kroomiga aitab kaasa austeniidi kui peamise tugeva struktuuri moodustumisele, mis ei vaja täiendavaid mõjutusi. Austeniitsetele terastele on iseloomulik kõrge tugevus, korrosiooni- ja kuumakindlus, kuumakindlus ja vastupidavus rasketele agressiivsetele töötingimustele.
Austeniit on struktuur, mille tekkimiseta ei ole võimalik terast kõrgel temperatuuril kuumutada ja mis on mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste parandamiseks kaasatud peaaegu kõikidesse selle kuumtöötlusmeetoditesse.
