Seda küsimust on mugavam selgitada eutektoidse terase näite abil (C \u003d 0,8%). Sellest terasest valmistatakse terve rida proove, kõiki neid kuumutatakse austeniitsesse olekusse, s.o. temperatuuril üle 727 ° C ja seejärel jahutatakse iga proov erineva kiirusega (joonis 38).

Joon. 38. Eutektoidse terase jahutatud austeniidi isotermilise lagunemise skeem pealmise jahutuskõveraga:

ja - üldine vorm; b - sellest tulenevad struktuurid

Austeniidi muundumist temperatuuril 550 ° C ja kõrgemat nimetatakse pärliidi muundumiseks, temperatuuril 550 ° C ... M H - martensiitne (M H - algus, M K - martensiitse transformatsiooni lõpp).

Perliidi transformatsioon.Pärliidi muundumise temperatuuride vahemikus moodustuvad ferriidi ja tsementiidi kristallidest lamellstruktuurid, mis erinevad osakeste F ja C hajumisastme poolest.

Pearliidistruktuuride hajutatust hinnatakse külgnevate ferriit- ja tsementiitplaatide kihtidevahelise kauguse S järgi (joonis 39).

Tsementiidi segamiseks ferriidiga kasutatakse spetsiaalset söövitajat - naatriumpikraati, mis värvib tsementiidi mustaks. Sel juhul pole ferriit värviline, s.t. jääb kergeks.

Joon. 39. Ferriit-tsementiidi struktuur

Kui muundumine toimub temperatuuril 650–670 ° C, moodustub pärliit, S \u003d 6 · 10–4 mm.

Muundumistemperatuuridel 640–590 ° C moodustub sorbitool,

S \u003d 3 · 10–4 mm.

Muundumistemperatuuridel 580–550 ° C moodustub troostiit, S \u003d 1´10–4 mm.

Nagu kogemusest näha, jahutatakse jahutuskiiruse suurenemise korral ferriidi-tsementiidi segu terad üha enam jahvatuks, mis mõjutab omadusi järsult. Nii näiteks perliidi jaoks HB 2000, sorbitool HB 3000. ja troostiit HB 4200, MPa.

Vahepealne (bainiitne) muundumine.Vahepealse ümberkujundamise tulemusel bainiit, mis koosneb tahkest lahusest, mis on mõnevõrra üleküllastunud süsiniku ja tsementiidi osakestega. Bainiittransformatsioon ühendab endas pärliidi ja martensiidi transformatsioonide elemente. Austeniidis moodustuvad mahud süsiniku rikastatud ja vaesed. Austeniidi süsinikuvaesed piirkonnad muunduvad difusioonivabal viisil (martensiitsed). Süsinikuga rikastatud austeniidi kogustes, kell t \u003d 400–550 ° С, sadestuvad tsementiidiosakesed. Millal t < 400°С частицы цементита выделяются в кристаллах a-фазы.

Temperatuuri 400-550 ° C juures moodustunud bainiiti nimetatakse ülemiseks bainiidiks; sellel on suleline struktuur, halvemate mehaaniliste omadustega (vähendatud s KCU ja d).

Madalamatel temperatuuridel (alla 400 ° C) moodustub madalam bainiit, sellel on paremate mehaaniliste omadustega (suure s KCU ja d).

Austeniidi martensiitne muundumine. Martensiit On üleküllastunud tahke lahus süsiniku lisamiseks Fe α-sse

Martensiit moodustub ainult austeniidist viimase tugeva ülejahutamise tulemusel vähemalt kriitilise jahutamise kiirusega ( V cr \u003d - diagrammi puutuja, vt joon. 38, ja).

Martensiitplaadid (nõelad) moodustuvad peaaegu kohe, kiirusega üle 1000 m / s, ainult austeniidi tera sees ja ei ületa terade piiri. Seetõttu sõltub martensiidi nõelte suurus austeniidi terade suurusest. Mida peenemad on austeniidi terad, seda peenemad on martensiidi nõelad ja seda struktuuri iseloomustatakse kui jämeda-acikulaarset või peeneteralist martensiiti. Martensiitvõre on tetragonaalne, s.t. perioodid alates > ja (joonis 40).

Joon. 40. Martensiidi mikrostruktuur ja kristallvõre

Martensiitilise muundamise mehhanism seisneb selles, et temperatuuril alla MH osutub süsiniku hästi (kuni 2014% C) lahustav austeniidi võre ebastabiilseks ja toimub ümber Fe α , mille võime süsinikku lahustada on väga väike (kuni 0,02%).

Suure jahutuskiiruse tõttu jääb kogu austeniidi (fcc-võre) süsinik fikseeruma Fe α-s (bcc-võre), kus selle paigutamiseks pole kohta. Seetõttu moonutab liigne süsinik võre, põhjustab suurte sisemiste pingete ilmnemist ja selle tagajärjel suureneb karedus ja tugevus, samal ajal kui jäikus ja plastilisus vähenevad.

Austeniitse-martensiidi transformatsiooniga kaasneb mahu suurenemine. Kõiki teraskonstruktsioone saab paigutada (maksimaalsest mahust miinimumini) järgmisse ritta: martensiit - troostiit - sorbitool - perliit - austeniit.

Erinevus pärliidi muundumisest:

1) kõrge ümberarvestuskurss;

2) teisendus on difusioonitu, s.t. ilma süsiniku eelneva vabanemise ja Fe 3 C moodustumiseta;

3) muundumine algab punktist M H ja lõppeb punktist M K ning nende punktide asukoht sõltub ainult sulami keemilisest koostisest;

4) martensiidi struktuur sisaldab alati vähesel hulgal muundamata austeniiti (kuni 4%);

5) tetragonaalne martensiitvõre ( ja = b ¹ alates).

Kuumtöötlemise tüübid.Kuumtöötlemine on selline tehnoloogiline toiming, mille käigus sulami kuumutamisel teatud temperatuurini, sellel temperatuuril hoidmisel ja sellele järgneval jahutamisel ilmnevad struktuurimuutused, mis põhjustavad muutusi metallide omadustes.

Kuumtöötlemine viiakse tavaliselt läbi järgmistel juhtudel:

1) polümorfsed teisendused;

2) ühe komponendi piiratud ja muutuv (temperatuuriga suurenev) lahustuvus teises tahkes olekus;

3) metalli struktuuri muutus külma deformatsiooni mõjul.

Kuumtöötlemise režiimide peamised parameetrid on: temperatuur ja kuumutamiskiirus, hoidmisaeg antud temperatuuril, jahutuskiirus.

Terase kuumutamistemperatuur sõltub kriitiliste punktide asukohast, kuumtöötluse tüübist ja see määratakse sulami olekuskeemi analüüsi põhjal.

Kuumutamiskiirus sõltub sulami keemilisest koostisest, töödeldud osade suurusest ja kujust, laengu massist, osade paigutusest ahjus, kütteseadme tüübist jne.

Antud temperatuuril hoidmine on vajalik metallis toimuvate faasimuundumiste lõpuleviimiseks, et kontsentratsioon võrdsustuks kogu detaili ruumalaga. Kuumutamisaeg (40) on tema enda kuumutamisaja t n (2) ja hoidmisaja t summa järgmiselt:

t kokku= t n+ t sisse (40)

kus t in on võrdne 1 minutiga 1 mm paksuse süsinikterase kohta ja 2 min legeeritud teraste kohta.

t n \u003d 0,1D K 1 K 2 K 3(41)

kus D- suurima sektsiooni suurus (mõõtmete karakteristik); K 1- keskmine koefitsient (gaasil - 2, sool - 1, metallil - 0,5); K 2- kujutegur (kuuli jaoks - 1, silindri - 2, plaadi - 4, rööptahukaga - 2,5); K 3- ühtlane kuumutamiskoefitsient (mitmeotstarbeline - 1, ühepoolne - 4).

Jahutuskiirus sõltub peamiselt austeniidi stabiilsusastmest, s.o. terase keemilise koostise, samuti saadava konstruktsiooni kohta.

Sõltuvalt süsinikterase jahutuskiirusest saadakse järgmised struktuurid: ferriit koos perliidiga, perliit, sorbitool, trosiit, martensiit.

Fe-Fe 3 C faasiskeemi järgi moodustavad temperatuuripunktid joone PSK, tähistatud JA 1; rida GS – A 3; rida ES – Ja kunst. kui arvestada kütteprotsessiga, asetatakse täht digitaalse indeksi ette FROM (JA C1, JA C3) ja jahutamise korral r(A r h, A r 1).

Süsinikterased kuumutatakse järgmiselt: lõõmutamine, normaliseerimine, karastamine ja karastamine.

Terase lõõmutamine.Lõõmutamise eesmärk:

1) konstruktsiooni parandamine pärast kuumtöötlemist (sepistamine, valamine);

2) kõvaduse vähendamine lõikamise hõlbustamiseks;

3) sisemiste pingete eemaldamine;

4) konstruktsiooni ettevalmistamine järgnevaks kuumtöötluseks ja külmpressimiseks;

5) keemilise heterogeensuse vähendamine.

Kui teras lõõmutatakse, soojeneb teras joone kohal JA С3 lastakse temperatuuril 30-50 ° C, hoitakse sellel temperatuuril vajaliku aja jooksul ja jahutatakse aeglaselt, tavaliselt koos ahjuga (joonis 41).

Punktist kõrgemal kuumutamisel JA C3, toimub ümberkristalliseerumine, mille tulemusel terad rafineeritakse, elimineeritakse sisemised pinged ning teras muutub pehmeks ja sitkeks. Peamiselt lõõmutatakse hüpoeutektoidsed terased.

Nende teraste kuumutamisel allpool JA C3 osa ferriitteradest jääb samasse vormi, nagu see oli enne lõõmutamist (suured mõõtmed, plaaditaoline kuju), mis viib terase vastupidavuse vähenemiseni.

Mittetäielik lõõmutamine soojendab terast joone kohal JA C1 temperatuuril 30–50 ° C ja pärast selle hoidmist jahtub ahjuga aeglaselt. Mittetäieliku lõõmutamise korral toimub ainult osaline ümberkristallimine (perliit-austeniit). Seda tüüpi kasutatakse hüpereutektoidsete teraste jaoks.

Nende teraste kuumutamine joone kohal A m-ga (austeniidi olek) on ebapraktiline, kuna järgneva jahutamise ajal austeniiti lahustunud tsementiit sadestub piki pärliidi terade piirjooni võre kujul, mis vähendab järsult plastilisust ja muudab terase rabedaks.

Diffusioon lõõmutamist (homogeniseerimist) kasutatakse kristalliobjekti keemilise ebahomogeensuse võrdsustamiseks suurtes valandites. See viiakse läbi temperatuuril 1050-1150 ° C ja pikema kokkupuutega (10-18 tundi).

Ümberkristallimise lõõmutamist kasutatakse terase kõvenemise ja sisemiste pingete eemaldamiseks pärast külmtöötlemist (valtsimine, stantsimine, joonistamine jne). Süsinikteraste puhul toimub selline lõõmutamine temperatuuril 650–690 ° C. Selle tulemusel väheneb karedus ja plastilisus.

Toorikute jahutamine erinevatel kuumtöötlustoimingutel toimub erineva kiirusega. Jahutamine peaks lõõmutamise ajal olema aeglane ja mõne terase kõvenemise ajal väga kiire. Jahutuskiirust reguleeritakse erinevate jahutusvahendite kasutamisega.

Toorikute jahutamine ahjuga, neid. väga aeglane, kasutage lõõmutamise ajal. Kõigi muude kuumtöötlustoimingute korral toimub jahutamine kiiremini. Õhkjahutus kasutage normaliseerimine, ja ka väga suure kõvadusega teraste kõvendamisel (õhukõvastatud terased).

Minimaalne lubatud jahutuskiirus teraste kivistumisel (mida madalam on kiirus, seda madalam on jahutuspingete väärtus, vt 11.6 ja joonis 11.16), määratakse nende kõvadusega. Mida kõrgem on terase kõvadus, seda aeglasemalt saab jahutamist jahutada (vt joonis 5.22), seetõttu kasutatakse erinevate teraste jaoks jahutusvedelikke, mis tagavad erineva jahutuskiiruse.

Jahutamine (karastamine) keskmise peab jahutama kõrge jahutuskiirusega jahutatud austeniidi madalaima stabiilsuse temperatuuridel (650 ... ... 550 ° C, vt joonis 5.7), et vältida selle lagunemist. Vastupidiselt, martensiitse muundamise temperatuuride vahemikus (Mn ... Mk) on jahutuspingete vähendamiseks soovitatav aeglane jahutamine. Kuumtöötlemisel kõige sagedamini kasutatavate kõvendusmaterjalide omadused on toodud tabelis. 15,2.

Tabel 15.2

Jahutuskiirus erinevates jahutusvahendites

Vesi ja vesilahused Kas odavad ja laialt levinud jahutid. Nende eeliseks on kõrge jahutuskiirus ülejahutatud austeniidi minimaalse stabiilsuse piirkonnas; puuduseks on ka kõrge jahutuskiirus martensiitse muundamise piirkonnas (vt tabel 15.2). Nende kandjate kasutamine suurendab kõvadust, kuid suurendab deformeerumise ja pragunemise tõenäosust. Süsinikteraste kõvendamiseks kasutatakse vett.

Vees jahutamisel võib ilmneda laiguline karedus (vt 5.2.2). Selle puuduse vältimiseks kasutatakse kustutusvedelikena soolade ja leeliste vesilahuseid, mille aurustumistemperatuur on kõrgem. Kuid samal ajal suureneb järsult jahutuskiirus (vt tabel 15.2), mis määrab jahutuspingete suurema väärtuse.

Õlid vahemikus Mn ... Mk, võrreldes veega, vähendab jahutuskiirust märkimisväärselt, see põhjustab jahutuspingete ja deformatsioonide vähenemist. Jahutamine ülejahutatud austeniidi minimaalse stabiilsuse vahemikus aeglustub (vt tabel 15.2), mistõttu kasutatakse õlidena kõrgema kõvadusega legeerteraste karastamist.

Õli vees emulsioon (emulsioonid koosnevad väikseimatest hõljuvatest tilgakestest õli tilkadest vees) ja vesi temperatuuriga 30 ... 40 ° C juures vähendage jahutuskiirust vahemikus 650-550 ° C (vt tabel 15.2) ja seeläbi deformeerumise tõenäosust, vähendades samal ajal kõvadust. Neid kandjaid kasutatakse HFC karastamiseks, kui on vaja karastada ainult detaili pinda.

Sügava karastatavusega teraste jaoks kasutage jahutusvedelikku õhk - vaikne, mis tagab väga madala jahutuskiiruse, või rõhu all, kui on vaja kiiremini jahtuda (vt tabel 15.2). Mõlemal juhul on jahutuspinged väikesed.

Jahutatakse all metallplaadid toimub ka väikestel kiirustel (vt tabel 15.2). See tehnoloogia ühendab kõvenemise sirgendamisega (kuju korrigeerimine) ja välistab praktiliselt deformatsioonid.

Suuremõõtmeliste osade kustutamisel kasutage vee ja õhu segud. Neid juhitakse detaili spetsiaalsete düüside kaudu. Segude jahutusvõimet saab reguleerida, muutes selles oleva vee kogust ja õhurõhku.

Kasuta jahutusvedelikena polümeeride vesilahused võimaldab jahutuskiirust muuta suures vahemikus - vees ja õlis jahutamise kiiruse vahel. Neid kasutatakse mahuliseks ja pinna kõvendamiseks.

Paljude konstruktsiooniteraste jaoks on Mn temperatuur vahemikus 170-330 ° C. Nende jaoks isotermiline kõvenemine (viiakse läbi temperatuuril Mn-punktist pisut kõrgemal hoidmisel) sulatatud soolad. Eelkõige kasutatakse NaNO3 (45%) ja KNO3 (55%) segu, mida on juba käsitletud ülalpool ja mis on efektiivne vahemikus 160 ... 650 ° C.

Karastatud terase struktuur ja omadused sõltuvad suuresti mitte ainult kuumutamistemperatuurist, vaid ka jahutuskiirusest. Kustutatud struktuuride moodustumine on tingitud austeniidi ülejahutamisest PSK joone all, kus selle olek on ebastabiilne. Jahutuskiiruse suurendamise abil on võimalik tagada selle ülejahutamine väga madala temperatuurini ja muuta see erinevateks omadusteks erinevateks struktuurideks. Ülejahutatud austeniidi muundamine võib toimuda nii pideva jahutamise kui ka isotermilise temperatuuri all hoidmise ajal temperatuuril Ar1 (st allpool PSK joont).

Ülijahutuse astme mõju austeniidi stabiilsusele ja selle erinevateks produktideks muundamise kiirus on esitatud graafiliselt diagrammidena koordinaatidena "temperatuur-aeg". Näitena kaaluge sellist skeemi eutektoidse koostisega terase jaoks (joonis 3). Selle terase ülejahutatud austeniidi isotermiline lagunemine toimub temperatuurivahemikus Ar1 (727 ° C) kuni Mn (250 ° C), kus Mn on martensiitse muundamise alguse temperatuur. Enamikes terastes võib martensiitne muundamine toimuda ainult pideva jahutamisega.

Joonis 3 Eutektoidse koostisega terase austeniidi lagunemise skeem.

Diagrammil (vt joonis 3) on näidatud kaks tähte C-tähe kujul, nn C-kõverad. Üks neist (vasakul) tähistab ülejahutatud austeniidi lagunemise alguse aega erinevatel temperatuuridel, teine \u200b\u200b(paremal) - lagunemise lõppemise aega. C-kõverate vahel on nii austeniiti kui ka selle lagunemissaadusi. Lõpuks, lagunemisjoone lõpust paremal on ainult muundamissaadused.

Ülejahutatud austeniidi muutumist temperatuuril Ar1 kuni 550 ° C nimetatakse perliidiks. Kui austeniiti jahutatakse temperatuurini 550 ... Mn, nimetatakse selle muundumist vahepealseks.

Pearliitide muundamise tulemusel moodustuvad pearliidi tüüpi lamellstruktuurid, mis on erineva dispersiooniga ferriittsemeniidisegud. Ülijahutusastme suurenemisega suureneb vastavalt kristallisatsiooni üldistele seadustele tsentrite arv. Moodustunud kristallide suurus väheneb, s.t. suureneb ferriit-tsementiidi segu dispersioon. Nii et kui muundumine toimub temperatuuridel vahemikus Ar1 ... 650 ° C, moodustub jäme ferriidi-tsementiidi segu, mida ise nimetatakse perliidiks. Pärliidi struktuur on stabiilne, s.t. toatemperatuuril aja jooksul muutumatu.

Kõik muud struktuurid, mis moodustuvad madalamatel temperatuuridel, s.o. austeniidi hüpotermia korral klassifitseeritakse need metastabiilseteks. Niisiis, kui austeniiti jahutatakse temperatuurini 650 ... 590 ° C, muutub see peeneks ferriidi-tsementiidi seguks, mida nimetatakse sorbitooliks.

Veelgi madalamatel temperatuuridel 590 ... 550 ° C moodustub trostiit - äärmiselt hajutatud ferriidi-tsementiidi segu. Pärliidstruktuuride näidatud jaotused on teatud määral meelevaldsed, kuna segude dispersioon suureneb muundamise temperatuuri langedes monotoonselt. Samal ajal suureneb teraste kõvadus ja tugevus. Nii et eutektilises terases sisalduva pärliidi kõvadus on 180 ... 22-HB (8 ... 19 HRC), sorbitool - 250 ... 350 HB (25 ... 38 HRC), trosiit - 400 ... 450 HB (43). ... 48HRC).

Kui austeniiti jahutatakse temperatuurini 550 ... MN, laguneb see koos bainiidi moodustumisega. Seda muundumist nimetatakse vahepealseks, kuna erinevalt pärliidist toimub see osaliselt niinimetatud martensiitmehhanismi järgi, mille tulemuseks on tsemendiidi ja ferriidi segu, mis on mõnevõrra üleküllastunud süsinikuga. Bainiitstruktuuri iseloomustab kõrge karedus 450 ... 550 HB.

Joonis 4. Hüpoeutektoidsete (a) ja hüpereutektoidsete (b) teraste austeniidi lagunemise skeem.

Hüpoeutektoidsete ja hüpereutektoidsete teraste austeniidi lagunemise diagrammidel (joonis 4) on täiendav rida, mis näitab ferriidi või tsementiidi liigkristallide eraldamise algusaega austeniidist. Nende liigsete struktuuride vabanemine toimub ainult kerge hüpotermia korral. Märkimisväärse ülejahutamise korral muundub austeniit ferriiti või tsementiiti eelnevalt eraldamata.Sel juhul erineb saadud segu süsiniku sisaldus eutektoidsest.

Austeniidi pideva jahutamise korral erineva kiirusega ei arene selle muundumine mitte konstantsel temperatuuril, vaid teatud temperatuuride vahemikus. Pideval jahutamisel saadud struktuuride kindlaksmääramiseks joonistame süsinik-eutektoidse terase proovide jahutuskiiruse kõverad austeniidi lagunemise diagrammile (joonis 5.).

Sellel diagrammil on näha, et väga madala jahutuskiirusega V1, mis saadakse jahutamisel koos ahjuga (näiteks lõõmutamise ajal), saadakse pärliidi struktuur. Kiirusel V2 (õhus) toimub muundumine veidi madalamatel temperatuuridel. Moodustub pärliidi struktuur, kuid hajutatum. Seda töötlust nimetatakse normaliseerimiseks ja seda kasutatakse laialdaselt madala süsinikusisaldusega teraste (mõnikord keskmise süsinikusisaldusega teraste puhul) asemel, et pehmendamiseks lõõmutada.

Joonis 5. Austeniidi lagunemiskõverad eutektoidse terase pideval jahutamisel.

Kiirusel V3 (jahutamine õlis) toimub austeniidi muundamine sellistel temperatuuridel, et saadakse sorbitoolstruktuur ja mõnikord pilliroo struktuur.

Kui austeniiti jahutatakse väga kõrgel kiirusel (V4), siis jahutatakse see väga madala temperatuurini, mis on diagrammidel tähistatud kui Mn. Sellest temperatuurist madalamal toimub difusioonitu martensiitne transformatsioon, mis põhjustab martensiidi struktuuri moodustumist. Süsinikteraste jaoks tagab selle jahutuskiiruse näiteks vesi

Üldiselt nimetatakse kriitiliseks jahutuskiiruseks minimaalset jahutuskiirust, mille juures kogu austeniit jahutatakse temperatuurini Mn ja muutub martensiidiks. Joonisel 5 on see tähistatud kui Vcr ja puutub kokku C-kõveraga. Kriitiline karastamise kiirus on terase kõige olulisem tehnoloogiline omadus. See määrab jahutuskeskkonna valiku martensiitse struktuuri saamiseks.

Kriitiline karastamise kiirus sõltub terase keemilisest koostisest ja mõnest muust tegurist. Näiteks võimaldab mõnes legeerterases isegi õhujahutus kriitilisest suuremat kiirust.

Martensiidi karastamisel tuleb arvestada, et sellel struktuuril on suur erimaht ja selle moodustumisega kaasneb nii kustutatud toote mahu märgatav suurenemine kui ka sisemiste pingete järsk tõus, mis omakorda põhjustab deformatsiooni või isegi pragude tekkimist. Kõik see koos martensiidi suurenenud haprusega nõuab karastatud osade täiendavat kuumtöötlust - karastamist