Tērauda termiskā apstrāde ir visspēcīgākais mehānisms, kas ietekmē tā struktūru un īpašības. Tas ir balstīts uz kristāla režģu modifikācijām atkarībā no temperatūras spēles. Dzelzs-oglekļa sakausējumā dažādos apstākļos var būt ferīts, perlīts, cementīts un austenīts. Pēdējam ir liela nozīme visās tērauda termiskās pārvērtībās.
Definīcija
Tērauds ir dzelzs un oglekļa sakausējums, kurā oglekļa saturs teorētiski ir līdz 2,14%, bet tehnoloģiski pielietojami satur to ne vairāk kā 1,3% apmērā. Attiecīgi visas struktūras, kas tajā veidojas ārējās ietekmes ietekmē, arī ir sakausējumu šķirnes.
Teorija piedāvā to esamību 4 variācijās: iespiešanās ciets šķīdums, izslēdzošs ciets šķīdums, mehānisks graudu maisījums vai ķīmisks savienojums.
Austenīts ir ciets šķīdums ar oglekļa atoma iespiešanos dzelzs kubiskā kristālrežģī, kas ir vērsts uz virsmu, ko dēvē par γ. Oglekļa atoms tiek ievadīts dzelzs γ-režģa dobumā. Tās izmēri pārsniedz atbilstošās poras starp Fe atomiem, kas izskaidro to ierobežoto pārvietošanos caur galvenās struktūras "sienām". Veidojas procesosferīta un perlīta temperatūras pārvērtības, palielinoties karstumam virs 727˚С.
Dzelzs-oglekļa sakausējumu diagramma
Grafs, ko sauc par dzelzs-cementīta stāvokļa diagrammu, kas izveidots eksperimentāli, skaidri parāda visas iespējamās tērauda un čuguna pārveidošanas iespējas. Konkrētas temperatūras vērtības noteiktam oglekļa daudzumam sakausējumā veido kritiskos punktus, kuros sildīšanas vai dzesēšanas procesā notiek svarīgas strukturālas izmaiņas, tās veido arī kritiskas līnijas.
GSE līnija, kurā ir punkti Ac3 un Acm, attēlo oglekļa šķīdības līmeni, palielinoties siltuma līmenim.
| Oglekļa šķīdības austenītā un temperatūras tabula | |||||
| Temperatūra, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| C aptuvenā šķīdība austenītā, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Izglītības iezīmes
Austenīts ir struktūra, kas veidojas, karsējot tēraudu. Sasniedzot kritisko temperatūru, perlīts un ferīts veido neatņemamu vielu.
Apkures iespējas:
- Vienota, līdz tiek sasniegta vajadzīgā vērtība, īsa ekspozīcija,dzesēšana. Atkarībā no sakausējuma īpašībām austenīts var būt pilnībā vai daļēji izveidots.
- Lēna temperatūras paaugstināšanās, ilgstošs sasniegtā siltuma līmeņa uzturēšanas periods, lai iegūtu tīru austenītu.
Iegūtā uzkarsētā materiāla īpašības, kā arī tas, kas notiks dzesēšanas rezultātā. Daudz kas ir atkarīgs no sasniegtā siltuma līmeņa. Ir svarīgi novērst pārkaršanu vai pārkaršanu.
Mikrostruktūra un īpašības
Katrai no dzelzs-oglekļa sakausējumiem raksturīgajām fāzēm ir sava režģu un graudu struktūra. Austenīta struktūra ir slāņaina, un tās formas ir līdzīgas gan smailai, gan pārslainai. Ogleklim pilnībā izšķīstot γ-dzelzs, graudiem ir gaiša forma bez tumša cementīta ieslēguma klātbūtnes.
Cietība ir 170-220 HB. Siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja ir par kārtu zemāka nekā ferīta. Nav magnētisku īpašību.
Atdzesēšanas un tās ātruma varianti noved pie dažādu "aukstā" stāvokļa modifikāciju veidošanās: martensīts, bainīts, troostīts, sorbīts, perlīts. Tiem ir līdzīga adatveida struktūra, taču tie atšķiras pēc daļiņu dispersijas, graudu izmēra un cementīta daļiņām.
Austenīta dzesēšanas ietekme
Austenīta sadalīšanās notiek tajos pašos kritiskajos punktos. Tās efektivitāte ir atkarīga no šādiem faktoriem:
- Dzesēšanas ātrums. Ietekmē oglekļa ieslēgumu dabu, graudu veidošanos, gala veidošanosmikrostruktūra un tās īpašības. Atkarīgs no vides, ko izmanto kā dzesēšanas šķidrumu.
- Izotermiskas sastāvdaļas klātbūtne vienā no sadalīšanās posmiem - pazeminot līdz noteiktam temperatūras līmenim, stabils siltums tiek uzturēts noteiktu laika periodu, pēc kura turpinās strauja atdzišana, vai arī tas notiek kopā ar sildīšanas ierīce (krāsns).
Tādējādi tiek izdalīta nepārtraukta un izotermiska austenīta transformācija.
Pārvērtību rakstura iezīmes. Diagramma
C formas grafiks, kas parāda metāla mikrostruktūras izmaiņu raksturu laika intervālā atkarībā no temperatūras izmaiņu pakāpes – tāda ir austenīta transformācijas diagramma. Īsta dzesēšana ir nepārtraukta. Ir iespējamas tikai dažas piespiedu siltuma saglabāšanas fāzes. Diagrammā ir aprakstīti izotermiskie apstākļi.
Raksturs var būt izkliedēts un neizkliedēts.
Pie standarta siltuma samazināšanas ātrumiem austenīta graudi mainās difūzijas ceļā. Termodinamiskās nestabilitātes zonā atomi sāk kustēties savā starpā. Tie, kuriem nav laika iekļūt dzelzs režģī, veido cementīta ieslēgumus. Tiem pievienojas blakus esošās oglekļa daļiņas, kas izdalās no kristāliem. Cementīts veidojas uz trūdošu graudu robežām. Attīrīti ferīta kristāli veido atbilstošās plāksnes. Izveidojas izkliedēta struktūra - graudu maisījums, kura lielums un koncentrācija ir atkarīga no dzesēšanas ātruma un saturasakausējuma ogleklis. Veidojas arī perlīts un tā starpfāzes: sorbīts, troostīts, bainīts.
Pie ievērojama temperatūras pazemināšanās ātruma austenīta sadalīšanai nav difūzijas rakstura. Rodas sarežģīti kristālu kropļojumi, kuru ietvaros visi atomi vienlaikus tiek pārvietoti plaknē, nemainot to atrašanās vietu. Difūzijas trūkums veicina martensīta kodolu veidošanos.
Cietināšanas ietekme uz austenīta sadalīšanās īpašībām. Martensīts
Cietināšana ir termiskās apstrādes veids, kura būtība ir ātra uzkarsēšana līdz augstām temperatūrām virs kritiskajiem punktiem Ac3 un Acm, kam seko ātra dzesēšana. Ja temperatūru pazemina ar ūdens palīdzību ar ātrumu vairāk nekā 200˚С sekundē, tad veidojas cieta adatveida fāze, ko sauc par martensītu.
Tas ir pārsātināts ciets šķīdums, kurā ogleklis iekļūst dzelzē ar α tipa kristālisko režģi. Spēcīgo atomu pārvietojumu dēļ tas tiek izkropļots un veido tetragonālu režģi, kas ir sacietēšanas cēlonis. Izveidotajai struktūrai ir lielāks tilpums. Rezultātā tiek saspiesti plaknes norobežotie kristāli, rodas adatveida plāksnes.
Martensīts ir stiprs un ļoti ciets (700-750 HB). Veidojas tikai ātrgaitas dzēšanas rezultātā.
Rūdīšanās. Difūzijas struktūras
Austenīts ir veidojums, no kura var mākslīgi iegūt bainītu, troostītu, sorbītu un perlītu. Ja sacietēšanas atdzišana notiek plkstmazākiem ātrumiem, tiek veiktas difūzijas transformācijas, to mehānisms aprakstīts iepriekš.
Troostīts ir perlīts, kam raksturīga augsta dispersijas pakāpe. Tas veidojas, kad siltums samazinās par 100˚С sekundē. Pa visu plakni ir sadalīts liels skaits mazu ferīta un cementīta graudu. “Sacietējušajam” cementītam raksturīga slāņaina forma, un turpmākās rūdīšanas rezultātā iegūtajam troostītam ir granulēta vizualizācija. Cietība - 600–650 HB.
Bainīts ir starpfāze, kas ir vēl vairāk izkliedēts augsta oglekļa satura ferīta un cementīta kristālu maisījums. Pēc mehāniskajām un tehnoloģiskajām īpašībām tas ir zemāks par martensītu, bet pārsniedz troostītu. Tas veidojas temperatūras diapazonos, kad difūzija nav iespējama, un kristāla struktūras saspiešanas un kustības spēki, lai pārveidotos par martensītu, nav pietiekami.
Sorbīts ir rupja adatai līdzīga perlīta fāžu dažādība, ja to atdzesē ar ātrumu 10˚С sekundē. Mehāniskās īpašības ir starp perlītu un troostītu.
Perlīts ir ferīta un cementīta graudu kombinācija, kas var būt granulēta vai slāņaina. Veidojas austenīta vienmērīgas sabrukšanas rezultātā ar dzesēšanas ātrumu 1˚C sekundē.
Beitīts un troostīts vairāk saistīti ar rūdīšanas struktūrām, savukārt rūdīšanas, atkausēšanas un normalizācijas laikā var veidoties arī sorbīts un perlīts, kuru īpatnības nosaka graudu formu un izmēru.
Atlaidināšanas efektsaustenīta sabrukšanas pazīmes
Praktiski visu veidu atkausēšanas un normalizācijas pamatā ir austenīta abpusēja transformācija. Hipoeutektoīdiem tēraudiem tiek veikta pilnīga un nepilnīga atkausēšana. Detaļas tiek uzkarsētas krāsnī virs kritiskajiem punktiem Ac3 un Ac1 attiecīgi. Pirmajam tipam raksturīgs ilgs turēšanas periods, kas nodrošina pilnīgu transformāciju: ferīta-austenīts un perlīts-austenīts. Tam seko lēna apstrādājamo detaļu dzesēšana krāsnī. Izejā tiek iegūts smalki izkliedēts ferīta un perlīta maisījums, bez iekšējiem spriegumiem, plastisks un izturīgs. Nepilnīga atkausēšana ir mazāk energoietilpīga un maina tikai perlīta struktūru, atstājot ferītu praktiski nemainīgu. Normalizācija nozīmē lielāku temperatūras pazemināšanās ātrumu, kā arī rupjāku un mazāk plastisku struktūru pie izejas. Tērauda sakausējumiem ar oglekļa saturu no 0,8 līdz 1,3%, atdzesējot, normalizācijas ietvaros sadalīšanās notiek virzienā: austenīts-perlīts un austenīts-cementīts.
Cits termiskās apstrādes veids, kura pamatā ir strukturālās transformācijas, ir homogenizācija. Tas ir piemērots lielām daļām. Tas nozīmē absolūtu austenīta rupji graudainā stāvokļa sasniegšanu 1000–1200 ° C temperatūrā un pakļaušanu krāsnī līdz 15 stundām. Izotermiskie procesi turpinās ar lēnu dzesēšanu, kas palīdz izlīdzināt metāla konstrukcijas.
Izotermiskā atkausēšana
Katra no uzskaitītajām metodēm metāla ietekmēšanai, lai vienkāršotu izpratniuzskatīta par austenīta izotermisku transformāciju. Tomēr katram no tiem tikai noteiktā stadijā ir raksturīgas iezīmes. Realitātē izmaiņas notiek ar vienmērīgu siltuma samazināšanos, kuras ātrums nosaka rezultātu.
Viena no ideālajiem apstākļiem vistuvākajām metodēm ir izotermiskā atkausēšana. Tās būtība ir arī karsēšana un noturēšana līdz visu konstrukciju pilnīgai sadalīšanai austenītā. Dzesēšana tiek īstenota vairākos posmos, kas veicina lēnāku, ilgāku un termiski stabilāku sadalīšanos.
- Strauja temperatūras pazemināšanās līdz 100˚C zem maiņstrāvas punkta1.
- Sasniegtās vērtības piespiedu saglabāšana (liekot krāsnī) uz ilgu laiku, līdz tiek pabeigti ferīta-perlīta fāžu veidošanās procesi.
- Atvēsināšana mierīgā gaisā.
Metode ir piemērojama arī leģētajiem tēraudiem, kam raksturīgs atlikušā austenīta klātbūtne atdzesētā stāvoklī.
Saglabāts austenīts un austenīta tēraudi
Dažreiz ir iespējama nepilnīga sabrukšana, ja ir saglabājies austenīts. Tas var notikt šādās situācijās:
- Pārāk ātra dzesēšana, kad nenotiek pilnīga sabrukšana. Tā ir bainīta vai martensīta strukturāla sastāvdaļa.
- Augsta oglekļa vai mazleģētais tērauds, kuram ir sarežģīti austenīta disperso pārvērtību procesi. Nepieciešamas īpašas termiskās apstrādes metodes, piemēram, homogenizācija vai izotermiskā atkausēšana.
Lieliski leģētiem materiāliem -aprakstīto transformāciju procesu nav. Tērauda leģēšana ar niķeli, mangānu, hromu veicina austenīta kā galvenās stiprās struktūras veidošanos, kam nav nepieciešama papildu ietekme. Austenīta tēraudiem ir raksturīga augsta izturība, izturība pret koroziju un karstumizturība, karstumizturība un izturība pret sarežģītiem agresīviem darba apstākļiem.
Austenīts ir konstrukcija, bez kuras veidošanās nav iespējama tērauda karsēšana augstā temperatūrā un kura tiek iesaistīta gandrīz visās tā termiskās apstrādes metodēs, lai uzlabotu mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības.
