Varmebehandling af stål er den mest kraftfulde mekanisme til at påvirke dets struktur og egenskaber. Det er baseret på modifikationer af krystalgitre afhængigt af temperaturspillet. Ferrit, perlit, cementit og austenit kan være til stede i en jern-carbon-legering under forskellige forhold. Sidstnævnte spiller en stor rolle i alle termiske transformationer i stål.
Definition
Stål er en legering af jern og kulstof, hvor kulstofindholdet er op til 2,14% teoretisk, men teknologisk anvendeligt indeholder det i en mængde på ikke mere end 1,3%. Følgelig er alle de strukturer, der dannes i den under påvirkning af ydre påvirkninger, også varianter af legeringer.
Teori præsenterer deres eksistens i 4 variationer: en penetration fast opløsning, en ekskluderende fast opløsning, en mekanisk blanding af korn eller en kemisk forbindelse.
Austenit er en fast opløsning af kulstofatomers indtrængning i det ansigtscentrerede kubiske krystalgitter af jern, omt alt som γ. Kulstofatomet indføres i hulrummet i jernets y-gitter. Dens dimensioner overstiger de tilsvarende porer mellem Fe-atomer, hvilket forklarer den begrænsede passage af dem gennem "væggene" af hovedstrukturen. Dannet i processertemperaturtransformationer af ferrit og perlit med stigende varme over 727˚С.
Kort over jern-carbon-legeringer
En graf kaldet jern-cementit tilstandsdiagrammet, bygget eksperimentelt, er en klar demonstration af alle mulige muligheder for transformationer i stål og støbejern. Specifikke temperaturværdier for en vis mængde kulstof i legeringen danner kritiske punkter, hvor der sker vigtige strukturelle ændringer under opvarmnings- eller afkølingsprocesser, de danner også kritiske linjer.
GSE-linjen, som indeholder punkterne Ac3 og Acm, repræsenterer niveauet af kulstofopløselighed, når varmeniveauerne stiger.
| Tabel over kulstofopløselighed i austenit versus temperatur | |||||
| Temperature, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Omtrentlig opløselighed af C i austenit, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Uddannelsesfunktioner
Austenit er en struktur, der dannes, når stål opvarmes. Ved at nå den kritiske temperatur danner perlit og ferrit et integreret stof.
Opvarmningsmuligheder:
- Ensartet, indtil den ønskede værdi er nået, kort eksponering,afkøling. Afhængigt af legeringens egenskaber kan austenit være helt eller delvist dannet.
- Langsom stigning i temperaturen, lang periode med opretholdelse af det nåede varmeniveau for at opnå ren austenit.
Egenskaber for det resulterende opvarmede materiale, såvel som det, der vil finde sted som følge af afkøling. Meget afhænger af det opnåede varmeniveau. Det er vigtigt at forhindre overophedning eller overophedning.
Mikrostruktur og ejendomme
Hver af de faser, der er karakteristiske for jern-carbon-legeringer, har sin egen struktur af gitter og korn. Strukturen af austenit er lamelformet og har former tæt på både nåleformede og flagede. Med fuldstændig opløsning af kulstof i γ-jern har kornene en lys form uden tilstedeværelse af mørke cementitindeslutninger.
Hårdhed er 170-220 HB. Den termiske og elektriske ledningsevne er en størrelsesorden lavere end ferritens. Ingen magnetiske egenskaber.
Varianter af afkøling og dens hastighed fører til dannelsen af forskellige modifikationer af den "kolde" tilstand: martensit, bainit, troostit, sorbit, perlit. De har en lignende nåleformet struktur, men adskiller sig i partikelspredning, kornstørrelse og cementitpartikler.
Kølingseffekt på austenit
Nedbrydning af austenit sker på de samme kritiske punkter. Dens effektivitet afhænger af følgende faktorer:
- Kølehastighed. Påvirker arten af kulstofindeslutninger, dannelsen af korn, dannelsen af den endeligemikrostruktur og dens egenskaber. Afhænger af mediet, der bruges som kølevæske.
- Tilstedeværelsen af en isotermisk komponent i et af nedbrydningsstadierne - når den sænkes til et bestemt temperaturniveau, opretholdes stabil varme i et vist tidsrum, hvorefter hurtig afkøling fortsætter, eller det sker sammen med en varmeapparat (ovn).
Således skelnes der en kontinuerlig og isoterm omdannelse af austenit.
Features af karakteren af transformationer. Diagram
C-formet graf, som viser arten af ændringer i metallets mikrostruktur i tidsintervallet, afhængigt af graden af temperaturændring - dette er austenittransformationsdiagrammet. Ægte køling er kontinuerlig. Kun nogle faser med tvungen varmetilbageholdelse er mulige. Grafen beskriver isotermiske forhold.
Karakter kan være diffusion og ikke-diffusion.
Ved standard varmereduktionshastigheder ændres austenitkornet ved diffusion. I zonen med termodynamisk ustabilitet begynder atomer at bevæge sig indbyrdes. Dem, der ikke har tid til at trænge ind i jerngitteret, danner cementitindeslutninger. De er forbundet af tilstødende kulstofpartikler frigivet fra deres krystaller. Cementit dannes ved grænserne af rådnende korn. Oprensede ferritkrystaller danner de tilsvarende plader. Der dannes en spredt struktur - en blanding af korn, hvis størrelse og koncentration afhænger af afkølingshastigheden og indholdetlegeret kulstof. Perlit og dens mellemfaser dannes også: sorbit, troostit, bainit.
Ved betydelige temperaturfaldshastigheder har nedbrydningen af austenit ikke en diffusionskarakter. Komplekse forvrængninger af krystaller forekommer, inden for hvilke alle atomer samtidig forskydes i et plan uden at ændre deres placering. Manglende diffusion bidrager til kernedannelsen af martensit.
Hærdningens indflydelse på egenskaberne ved nedbrydningen af austenit. Martensite
Hærdning er en type varmebehandling, hvis essens er den hurtige opvarmning til høje temperaturer over de kritiske punkter Ac3 og Acm, efterfulgt af hurtig afkøling. Hvis temperaturen sænkes ved hjælp af vand med en hastighed på mere end 200˚С i sekundet, dannes der en fast nåleformet fase, som kaldes martensit.
Det er en overmættet fast opløsning af penetration af kulstof i jern med et krystalgitter af α-typen. På grund af kraftige forskydninger af atomer forvrænges det og danner et tetragon alt gitter, som er årsag til hærdning. Den dannede struktur har et større volumen. Som et resultat bliver krystallerne afgrænset af flyet komprimeret, nålelignende plader fødes.
Martensite er stærk og meget hård (700-750 HB). Fremstillet udelukkende som et resultat af hurtig quenching.
Hærdning. Diffusionsstrukturer
Austenit er en formation, hvorfra bainit, troostit, sorbit og perlit kan fremstilles kunstigt. Hvis afkølingen af hærdningen sker kllavere hastigheder, diffusionstransformationer udføres, deres mekanisme er beskrevet ovenfor.
Troostite er perlit, som er karakteriseret ved en høj grad af spredning. Det dannes, når varmen falder 100˚С i sekundet. Et stort antal små korn af ferrit og cementit er fordelt over hele flyet. Den "hærdede" cementit er karakteriseret ved en lamelform, og troostitten opnået som følge af efterfølgende hærdning har en granulær visualisering. Hårdhed - 600-650 HB.
Bainit er en mellemfase, som er en endnu mere spredt blanding af krystaller af ferrit og cementit med højt kulstofindhold. Med hensyn til mekaniske og teknologiske egenskaber er det ringere end martensit, men overstiger troostit. Det dannes i temperaturområder, når diffusion er umulig, og krystalstrukturens kompressions- og bevægelseskræfter til transformation til en martensitisk struktur ikke er nok.
Sorbitol er en grov nållignende række af perlitfaser, når den afkøles med en hastighed på 10˚С pr. sekund. Mekaniske egenskaber ligger mellem perlit og troostit.
Perlite er en kombination af korn af ferrit og cementit, som kan være granuleret eller lamelformet. Dannet som et resultat af det glatte henfald af austenit med en afkølingshastighed på 1˚C pr. sekund.
Beitit og troostit er mere relateret til hærdende strukturer, mens sorbit og perlit også kan dannes under anløbning, udglødning og normalisering, hvis egenskaber bestemmer kornens form og deres størrelse.
Effekt af udglødning påAustenit-henfaldsegenskaber
Praktisk t alt alle typer af udglødning og normalisering er baseret på den gensidige transformation af austenit. Fuld og ufuldstændig udglødning påføres hypoeutectoid stål. Delene opvarmes i ovnen over de kritiske punkter henholdsvis Ac3 og Ac1. Den første type er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en lang holdeperiode, som sikrer fuldstændig transformation: ferrit-austenit og perlit-austenit. Dette efterfølges af langsom afkøling af emnerne i ovnen. Ved udgangen opnås en fint spredt blanding af ferrit og perlit, uden indre spændinger, plastisk og holdbar. Ufuldstændig udglødning er mindre energikrævende og ændrer kun strukturen af perlit, hvilket efterlader ferrit praktisk t alt uændret. Normalisering indebærer et højere temperaturfald, men også en grovere og mindre plastisk struktur ved udgangen. For stållegeringer med et kulstofindhold på 0,8 til 1,3 % sker der ved afkøling som led i normaliseringen nedbrydning i retningen: austenit-perlit og austenit-cementit.
En anden type varmebehandling baseret på strukturelle transformationer er homogenisering. Den er anvendelig til store dele. Det indebærer den absolutte opnåelse af den austenitiske grovkornede tilstand ved temperaturer på 1000-1200 ° C og eksponering i ovnen i op til 15 timer. Isotermiske processer fortsætter med langsom afkøling, som hjælper med at udjævne metalstrukturerne.
Isotermisk udglødning
Hver af de nævnte metoder til at påvirke metallet for at forenkle forståelsenbetragtes som en isotermisk transformation af austenit. Imidlertid har hver af dem kun på et bestemt stadium karakteristiske træk. I virkeligheden sker ændringer med et konstant fald i varme, hvis hastighed bestemmer resultatet.
En af de metoder, der er tættest på ideelle forhold, er isotermisk udglødning. Dens essens består også i opvarmning og fastholdelse indtil den fuldstændige nedbrydning af alle strukturer til austenit. Køling implementeres i flere trin, hvilket bidrager til en langsommere, længere og mere termisk stabil nedbrydning.
- Det hurtige fald i temperaturen til 100˚C under AC-punktet1.
- Tvungen fastholdelse af den opnåede værdi (ved at placere den i ovnen) i lang tid, indtil processerne med dannelse af ferrit-perlitfaser er afsluttet.
- Køling i stille luft.
Metoden er også anvendelig til legeret stål, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af restaustenit i afkølet tilstand.
Retained austenit og austenitisk stål
Nogle gange er ufuldstændig henfald mulig, når der er tilbageholdt austenit. Dette kan ske i følgende situationer:
- Køler for hurtigt, når fuldstændig henfald ikke forekommer. Det er en strukturel komponent af bainit eller martensit.
- Højkulstof- eller lavlegeret stål, for hvilket processerne med austenitiske dispergerede transformationer er komplicerede. Kræver specielle varmebehandlingsmetoder såsom homogenisering eller isotermisk udglødning.
Til højlegerede -der er ingen processer af de beskrevne transformationer. Legering af stål med nikkel, mangan, krom bidrager til dannelsen af austenit som den vigtigste stærke struktur, hvilket ikke kræver yderligere påvirkninger. Austenitiske stål er karakteriseret ved høj styrke, korrosionsbestandighed og varmebestandighed, varmebestandighed og modstandsdygtighed over for vanskelige aggressive arbejdsforhold.
Austenit er en struktur uden dannelse, hvis højtemperaturopvarmning af stål ikke er mulig, og som er involveret i næsten alle metoder til dets varmebehandling for at forbedre mekaniske og teknologiske egenskaber.
