Естественно, что верхней температурной границей при термической обработке является линия солидуса, поэтому процессы первичной кристаллизации и, следовательно, верхняя часть диаграммы для нас в данном случае не имеют большого значения.
Критические точки обозначаются буквой А.
Нижняя критическая точка, обозначаемая A1 лежит на линии PSK и соответствует превращению аустенит ↔ перлит. Верхняя критическая точка А3, лежит на линии GSE и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных сталях или цементита (вторичного) в заэвтектоидных сталях.
Ниже дана характеристика основных видов термической обработки стали в соответствии с приведенной классификацией в п. 2.
Если после нагрева выше Ac3 провести охлаждение на воздухе, то это будет первым шагом к отклонению от практически равновесного структурного состояния. Такая термическая операция называется нормализацией.
Для стали возможны различные виды химико-термической обработки в зависимости от элемента, диффундирующего в сталь.
Теория термообработки. Термическая и химико-термическая обработка сталей.
№ 134. Чем отличаются кристаллы, выделяющиеся в данный момент от выделившихся ранее, при равновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентам. В) Состав кристаллов меняется от компонента А до В, С) Отличия нет. D) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
№ 135. Чем отличаются кристаллы, образующиеся при данной температуре от выделившихся ранее, при неравновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентом.
B) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
С) В процессе кристаллизации состав кристаллов меняется от чистого компонента А до В. D) Отличия нет.
№ 136. Какие сплавы системы А-В (рис. 44) могут быть закалены?
А) Любой сплав. В) Сплавы, лежащие между Е и Ь.С) Ни один из сплавов. D) Сплавы, лежащие между а и Е.
№ 137. Как называется склонность (или отсутствие таковой) аустенитного зерна к росту?
А) Отпускная хрупкость. В) Наследственная или природная зернистость.
C) Аустенизация. D) Действительная зернистость.
№ 138. Какие из перечисленных в ответах технологические процессы следует проводить с учетом наследственной зернистости?
А) Холодная обработка давлением. В) Литье в песчаные формы. С) Высокий отпуск
С) Диаметр изделия, при закалке которого в центре образуется полумартенситная структура.
D) Максимальный диаметр изделия, прокаливающегося насквозь при охлаждении в данной закалочной среде.
№164. Как зависит прокаливаемость стали от интенсивности охлаждения при закалке?
А) Взаимосвязь между интенсивностью охлаждения и прокаливаемостью неоднозначна. В) Чем интенсивнее охлаждение, тем меньше прокаливаемость. С) Прокаливаемость не зависит от интенсивности охлаждения.
D)Чем интенсивнее охлаждение, тем больше прокаливаемость.
№ 165. Расположите образцы стали, закаленные в воде, в масле и на воздухе, по степени убывания глубины закаленного слоя, если образец, закаленный в воде, насквозь не прокалился.
№ 166. В чем состоит значение сквозной прокаливаемости сталей?
Сквозное прокаливание обеспечивает.
А) повышение твердости термообработанного изделия, однако при этом ударная вязкость в сердцевине ниже, чем в наружных слоях
В)получение после термообработки зернистых структур во всем объеме изделия и высоких однородных по сечению механических свойств.
С) получение одинаковой твердости по сечению изделия.
D) сокращение количества остаточного аустенита, что приводит к повышению механических свойств стали.
№ 167. Как зависит твердость полумартенситной структуры доэвтектоидной стали от концентрации углерода?
А) Чем больше углерода, тем больше твердость.
В) Чем больше углерода, тем меньше твердость.
С) Зависимость неоднозначна. Твердость полумартенситной структуры определяется также характером термообработки.
D) Твердость не зависит от концентрации углерода.
№ 168. Как влияют большинство легирующих элементов, растворенных в аустените, на прокаливаемость стали?
А) Увеличивают прокаливаемость.
В) Уменьшают прокаливаемость.
C) Не влияют на прокаливаемость.
D) Влияние неоднозначно. Велика зависи мость от режимов отпуска.
№ 169. У сплава А критическая скорость закалки больше, чем у сплава Б. У какого сплава больше критический диаметр?
Б)У сплава Б.
С) Зависимость между критической скоростью закалки и критическим диаметром неоднозначна.
D) Критический диаметр не зависит от критической скорости закалки.
№ 170. На рис. 46 представлены С-образные кривые двух марок стали (А и Б). У какой из них меньше прокаливаемость?
В) По С-образным кривым нельзя судить о прокаливаемости.
D) Исходных данных недостаточно. Нужны сведения о закалочной среде.
№ 171. Чем достигается сквозная прокаливаемость крупных деталей?
А) Многократной закалкой. В) Применением при закалке быстродействующих охладителей. С) Обработкой после закалки холодом.
D) Применением для их изготовления легированных сталей.
№ 172. Как называется термическая обработка, состоящая в нагреве закаленной стали ниже A1выдержке и последующем охлаждении?
№ 173. При каком виде отпуска закаленное изделие приобретает наибольшую пластичность?
А) При низком отпуске.
В) При высоком отпуске.
С) Пластичность стали является ее природной характеристикой и не зависит от вида отпуска.
D) При среднем отпуске.
№ 174. При каком виде термической обработки доэвтектоидных сталей возникают зернистые структуры?
А) При изотермической закалке.
В) При закалке со скоростью выше критической.
С) При полном отжиге.
D) При отпуске на сорбит, или троостит.
№ 175. Как влияет температура нагрева при отпуске на твердость изделий из углеродистой стали?
А) Влияние температуры отпуска на твердость неоднозначно.
В) Чем выше температура нагрева, тем выше твердость.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Критические точки стали или точки Чернова — критические температуры, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали при нагреве или охлаждении её в твёрдом виде. Установлены Черновым Дмитрием Константиновичем в 1868 году.
Критические точки обозначают буквой А. Нижняя критическая точка соответствует линии PSK диаграммы состояния железо-углерод. Эта точка называется А1 и соответствует превращению аустенита в перлит при охлаждении или перлита в аустенит при нагреве. Верхняя критическая точка называется А3. Критическая точка А3 для доэвтектоидных сталей лежит на линии GS диаграммы железо-углерод и соответствует началу выделения феррита при охлаждении или концу его растворения при нагреве. Критическая точка А3 для заэвтектоидных сталей лежит на линии SE и соответствует началу выделения вторичного цементита при охлаждении или концу его растворения при нагреве.
В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс “с” при нагреве (от французского слова chauffage – нагрев) и индекс ”r” (от французского слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.
Точка Mn в таблице обозначает температуру начала мартенситного превращения.
При термической обработке сталей, значения критических точек чаще всего используют чтобы определить температуру нагрева под закалку.
Как выбрать температуру нагрева под закалку
Для доэвтектоидных сталей (содержание углерода в стали менее 0.8%) обычно выбирают температуру закалки по формуле Ас3+30. 50°C. На практике встречаются случаи, когда доэвтектоидные стали закаливают с интервала температур между Ас1 и Ас3. В этом случае структура стали будет состоять из мартенсита и нерастворенного феррита. Такой процесс называется неполной закалкой и теоретически является браком. На практике к такую схему используют, чтобы снизить коробление деталей или исключить трещинообразование в высоколегированных сталях.
Заэвтектоидные стали обычно нагревают под закалку до температур Ас1+30. 50°C. После закалки, структура стали будет состоять из мартенсита и вторичного нерастворённого цементита, который повышает твердость и износостойкость изделий.
Долго думал над вступлением к этой статье. так муза меня и не посетила, так что статья будет короткой и по существу. Выкладываю формулы для расчёта критических точек А1, А3 и Ас1, Ас3!
Температура,°C
Примечания
A1=723-16.9 Ni + 29.1 Si + 6.38 W — 10.7 Mn + 16.9 Cr + 290 As
A3 = 910 — 203√С + 44.7 Si — 15.2 Ni + 31.5 Mo + 104 V + 13,1 W — 30.0 Mn + 11.0 Cr + 20.0 Cu — 700 P — 400 Al — 120 As — 400 Ti
Расчет температур точек, соответствующих равновесному состоянию. Обе формулы действительны для низколегированных стлей с содержанием углерода до 0,6%. Источник — [1].
A1 = 712-17.8 Mn — 19.1 Ni + 20.1 Si + 11.9 Cr + 9.8 Mo
A3 = 871- 254.4 √C — 14.2 Ni + 51.7 Si
Расчет температур точек, соответствующих равновесному состоянию. Обе формулы действительны для низколегированных стлей с содержанием углерода до 0,6%. Источник — [2].
A1 = 5/9 (1333 — 25 Mn + 40 Si + 42 Cr — 26 Ni — 32)
Расчет температур точек, соответствующих равновесному состоянию. Формула приведена с учетом перевода градусов °F в градусы °C: t[°C] = 5/9 (t[°F] — 32). В источнике [3] формула приведена в °F.
Ac1 = 739 — 22 C — 7 Mn + 2 Si + 14 Cr + 13Mo — 13 Ni
Ac3 = 902 — 255 C — 11 Mn + 19 Si — 5 Cr + 13 Mo — 20 Ni + 55V
Тмпературы превращения феррита в аустенит при нагреве. Источник — [4].
Ac1 = 754.83 — 32.25 C — 17.76 Mn + 23.32 Si + 17.3 Cr + 4.51Mo + 15.62 V
Источник — [5].
Ac1 = 723 — 7.08 Mn + 37.7 Si + 18.1 Cr + 44.2 Mo + 8.95 Ni + 50.1 V + 21.7 Al + 3.18 W + 297 S — 830 N — 11.5 CSi — 14.0 MnSi — 3.10 SiCr — 57.9 CMo — 15.5 MnMo — 5.28 CNi — 6.0 MnNi + 6.77 SiNi — 0.80 CrNi + 27.4 CV + 30.8 MoV — 0.84Cr² — 3.46 Mo² — 0.46 Ni² — 28 V²
Ac3 = 912 — 370 C — 27.4 Mn + 27.3 Si — 6.35 Cr — 32.7 Ni + 95.2 V + 190 Ti + 72.0 Al + 64.5 Nb + 5.57 W + 332 S + 276 P + 485 N — 900 B + 16.2 CMn + 32.3 CSi + 15.4 CCr + 48.0 CNi + 4.32 SiCr — 17.3 SiMo — 18.6 SiNi + 4.80 MnNi + 40.5 MoV + 174 C² + 2.46 Mn² — 6.86 Si² + 0.322 Cr² + 9.90 Mo² + 1.24 Ni² + 60.2V²
Формулы получены для следующего диапазона изменения содержания химических элементов: C ≤ 0.83%, Mn ≤ 2.0%, Si ≤ 1.0%, Cr ≤ 2.0%, Mo ≤ 1.0%, Ni ≤ 3.0%, V ≤ 0.5%, W ≤ 1.0%, Ti ≤ 0.15%, Al ≤ 0.2%, Cu ≤ 1.0%, Nb ≤ 0.20%, P ≤ 0.040%, S≤ 0.040%, N ≤ 0.025%, B ≤ 0.010%.Источник — [6].
Ac1 = 739.3 − 22.8 C − 6.8 Mn + 18.2 Si + 11.7 Cr −15 Ni − 6.4 Mo − 5 V − 28 Cu
Ac3 = 937.3 − 224.5 C0.5 − 17 Mn + 34 Si − 14 Ni+21.6 Mo + 41.8 V − 20 Cu
Формула получена для сталей с С = 0,11-0,77, Mn = 0,2-1,53, Si 0,14-1,37, Cr ≤ 1,54, Ni ≤ 1,72, Mo ≤ 0,72, V ≤ 0,31, Cu ≤ 0,26
Формулы для расчет температур А3 и Ас3 я выложил в виде документа Excel. Так что можете скачать, пройдя по ссылке, и пользоваться на свой страх и риск. 🙂
Если по поводу полученных результатов расчета есть сомнения, то почти всегда данные о критических точках или рекомендуемых температурах нагрева под нормализацию или закалку можно найти в стандартах на соответствующие марки сталей (например ГОСТ 4543, ГОСТ 1050) или же марочниках сталей. Марочники можно найти на сайте stalimetalli.ru.
Литература
1. Andrews, K.W. Empirical Formulae for the Calculation of Some Transformation Temperatures. Journal of the Iron and Steel Institute, 203, Part 7, July 1965, 721-727.
2. Barralis, J. & Maeder, G. Métallurgie Tome I: Métallurgie Physique. Collection Scientifique ENSAM, 1982, 270 p.
3. Grange, R.A. Estimating Critical Ranges in Heat Treatment of Steels. Metal Progress, 70:4, April 1961, 73-75.
4. Hougardy, H.P. Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen. Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229.
5. Kariya, N. High Carbon Hot-Rolled Steel Sheet and Method for Production Thereof. European patent Application EP 2.103.697.A1, 23.09.2009, 15 p.
6. Kasatkin, O.G. et al. Calculation Models for Determining the Critical Points of Steel. Metal Science and Heat Treatment, 26:1-2, January-February 1984, 27-31.
7. Trzaska, J., Dobrza´nski L.A. Modelling of CCT diagrams for engineering and constructional steels // Journal of Materials Processing Technology 192–193 (2007) 504–510
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Металлургия производит огромное количество марок стали. Для выполнения разных задач часто требуются специфические характеристики металла, которые обеспечить заводы не в состоянии. Тогда на обрабатывающих предприятиях производится доработка сырья до нужной кондиции. Отжиг стали — одна из наиболее частых операций по приданию нужных качеств.
История и технология отжига стали
Отжиг стали предполагает применение переменных температур: нагревание до высоких значений без потери формы и охлаждение в заданном температурном режиме приводит к структурным изменениям кристаллической решетки, сплав получает новые качества, нужные для решения конкретных задач.
Отжиг стали улучшает технологические характеристики металлов. Принято различать 2 разновидности отжига — 1 и 2-го рода.
При первом воздействие выполняется наклепом, который понижает внутренние напряжения рекристаллизацией. Этим устраняются последствия обработки давлением, снижение прочностных характеристик и увеличение пластичности. Изделия приобретают повышенную надежность и долговечность.
Второй род воздействия включает прогревание проката до уровня, превышающего критические точки, в особых режимах охлаждения по сроку и температуре. Итогом становится качественное изменение структурных решеток и получение заданных характеристик материала. Проведение отжига сопряжено с риском пережога. Возникновение необратимых негативных изменений структуры приводит к переплавке проката и изделий.
Точки Чернова
Расчет температурных режимов выполняют, используя открытые в 1868 г. русским ученым Д.К. Черновым критические точки, зависящие от значения температур и %-ого содержание углерода, в которых изменяются фазовые состояния и структурное строение металлов. Открытие Чернова — фундамент создания науки о металлах: впервые установлена связь между режимом обработки, структурным видом и характеристиками сплавов. Применение критических точек дает возможность построения различных режимов термообработки металла. Точки Чернова обозначают литерой А с добавлением индекса, указывающего соответствие точки воздействию:
Диаграмма, построенная на точках Чернова:
Сечение «I» на диаграмме соответствует доэвтектоидной стали. Пересечение линии диаграммы, по горизонтали температуры и вертикали, соответствующей %-му содержанию углерода в сплаве, определяет искомые критические значения.
Охлаждение не меняет номеров точек, не вызывает обратной перестройки материала.
Линия «II» выстроена для эвтектоидных сталей.
Что даёт отжиг металлов
Способ и режим термообработки назначается по составу сплава.
Виды отжига
Рассмотрим, что означает термин «отжиг металлов». Термическая обработка металла, состоящая из нагрева выше температуры критических точек Чернова и охлаждение на профессиональном языке называется отжигом. Процедура применяется к различным металлам и их сплавам.
На промпредприятиях применяют режимы термообработки:
Полный отжиг стали
После проведения процедуры полного отжига неоднородная структура углеродистых или доэвтектоидных сплавов становится однородной, что дает податливость дальнейшей обработке.
Неполный
Нагревание производится до t°, превосходящих на 30…50°С точку А1 (параметр перехода перлита в аустенит — начала перекристаллизации), но не достигающих Ас 3 — около 770°С. Затем производится охлаждение до 600°С в установке, со скоростью 60 град/ час, затем процесс продолжается на открытом пространстве.
Рекристаллизационный
Рекристаллизация — снятие структурных изменений, полученных в ходе механических деформаций, вызывающих наклеп. Наклепанный металл имеет меньшую пластичность, отличается жесткостью и неподатливостью.
Нагревание до 650…680°С приводит к равномерному распределению зерен феррита и перлита, вытянутых в направлении деформации, возвращает металлу пластичность.
Диффузионный процесс
Цель диффузионного способа — придание на уровне атомного строения однородности структуре сплава. Диффузионный отжиг иначе называется дендритной ликвацией. Придание гомогенности данным методом уничтожает дендритную ликвацию равномерным распределением атомов примесей по химической структуре слитка.
Процесс отличается использованием t≥1000°С, увеличением выдержки в нагретом состоянии свыше 12 часов, медленным остужением, поэтому он имеет высокую стоимость.
Метод изотермии
Изотермический отжиг используют на сплавах с большим содержанием легирующих и хромистых добавок. Особенностью процесса является нагрев металла на 30…50°С выше точки АС3, быстром остужение и выдерживание при t° ниже критической точки А 1, с дальнейшим естественным охлаждением в воздушной среде.
Преимущество метода изотермии — получение более гомогенного структурного строения деталей, уменьшение срока обработки, так как процесс охлаждения в печи занимает больше времени, чем в естественной среде.
Сфероидизация
При нагревании заэвтектоидных и легированных сплавов до превышения параметра АС 1 на 30…50°С происходит перекристаллизация строения, способствующая образованию перлита в форме правильных сфер. Для ускорения сфероидизации возможно проведение маятникового отжига.
Нормализационный способ
Нормализация производится как промежуточный процесс перед закаливанием и другими видами воздействий для устранения наклепа и удаления внутренних напряжений. Доэвтектоидная сталь нагревается выше точки АС3 на 30…50°С, и постепенно охлаждается в естественной среде. Отличие метода в переохлаждении, из-за которого получают гомогенное мелкозернистое тонкое строение решетки металла.
Преимущество нормализационного способа заключено в снижении срока обработки при высокой производительности. В результате углеродистые сплавы рекомендуют не отжигать, а нормализовать.
Особенности отжига различных сплавов
Отжиг в домашних условиях
Изделия следует нагревать на нагретых металлических подставках. Для охлаждения используют различные среды — воду комнатной температуры или нагретую до 50°С, водные растворы, масла, воздух. Ускоряет охлаждение добавка кухонной соли, едкого натра, селитры. Замедляет процесс добавка жидкого мыла, масляной эмульсии, жидкого калиевого или натриевого стекла, известкового молочка.
Охлаждение с высокой скоростью дает твердый закал, приводящий к высоким внутренним напряжениям, возможны трещины, а медленное охлаждение не даст твердости закала. Для получения деталей одинаковой степени закалки следует использовать ванну большой емкости или заменять среду закаливания после каждой операции.
Следует помнить, что режимы высоких температур потенциально пожароопасны, их проводят с соблюдением правил пожарной безопасности в подготовленных помещениях с огнезащитой поверхностей и качественной приточно-вытяжной вентиляцией. При проведении отжига обязательно использовать средства защиты — спецодежду и обувь, рукавицы, головной убор с защитным козырьком.
