Термическая обработка данного сплава заключается в применении одного из способов термообработки для сплавов не имеющих превращений в твёрдом состоянии.
Закалка+один из видов отжига
Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. Применяется для устранения ликвации, выравнивания химического состава сплава.
В его основе – диффузия. В результате нагрева выравнивается состав, растворяются избыточные карбиды.
Температура нагрева зависит от температуры плавления, ТН = 0,8 Тпл.
Продолжительность выдержки: 8-20 часов.
Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия напряжений после холодной пластической деформации.
Температура нагрева связана с температурой плавления: ТН = 0,4 Тпл.
Продолжительность зависит от габаритов изделия.
Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (литья, сварки, обработки резанием, когда требуется высокая точность размеров).
Температура нагрева выбирается в зависимости от назначения, находится в широком диапазоне: ТН = 160…700°С.
Продолжительность зависит от габаритов изделия.
После такого отжига изделие очень медленно охлаждают 20-200°С/ч
Правило Н.С.Курнакова устанавливает связь между типом диаграммы состояния и характером изменения физико-механических свойств. Свойства сплава будут меняться по прямолинейной зависимости.
4. Диаграмма состояния железо-углерод. Описание данной диаграммы.
Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов, на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - С приняты международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита). Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе3С), так как свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.
Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать в сплавах в виде графита.
В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.
Феррит (Ф) твёрдый раствор внедрения углерода в αFe кристаллическая решётка ОЦК, может иметь две модификации - высоко- и низкотемпературную. Высокотемпературная модификация β-Fe и низкотемпературная - αFe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в β- и α-железе.
Предельное содержание углерода в αFe при 723°С -0,02%, а при 20°С - 0,008%. Низкотемпературный феррит αFe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С:
s = 250 МПа;
d =50%;
y= 80%;
твердость - 80...90 НВ.
Аустенит (А) - твердый раствор углерода в γ-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160...200 НВ.
Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i растяжение очень мала (s =40 МПа).
В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).
Ледебурит является механической смесью аустенита и цементита, образующихся при 1147°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.
Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталях -карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):
s=800...900 МПа;
d< 16%; НВ 180..,220.
Диаграмма состояния Fe - Fе3С является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).
Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.
Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).
В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1147°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь ледебурит ЖС(4.47%C) AE(2.14%C)+ЦF(6.67%C), Ж4.3 Л4.3(ледобурит)
Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны).
Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,14%С).
В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита AGSФGP , а по линии SE АESЦII.вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS -нижних критических точек.
Линия PQ при охлаждении отвечает температурам начала выделения из феррита цементита третичного в результате уменьшения растворимости С в феррите с понижением температуры при нагреве обратный процесс ФPQ ЦIII.
В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.
В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 727°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - перлит.
Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита
AS(0.8%C) ФP(0.02%C)+ЦК(6Ю67%С)
А(0.8) П(0.8)перлит
В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.
Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).
Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на графике пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).
На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):
стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;
чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.
В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:
менее 0,83 - доэвтектоидные стали;
0,83 - эвтектоидные стали;
0,83...2 - заэвтектоидные стали;
2...4,3 - доэвтектические чугуны;
4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.
Сплавляя железо с углеродом и варьируя содержание компонентов, получают сплавы с различными структурой и свойствами.
Доэвтектоидная сталь (0.7%C) отмечаем заданный спав вертикалью I на диаграмме состояния и строим кривую нагрева.
По кривой нагрева мы можем определить какие изменения происходят в сплаве при нагреве до определенной температуры 1600°С. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии при 1490 из жидкого состояния начинают выделяться кристаллы аустенита состава 1’
По мере охлаждения в интервале температур 1-2 происходит выделение кристаллов аустенита переменного состава, концентрация которых определяется по линии солидус от точки 1’до точки 2
Жидкая фаза обогащается углеродом концентрация которого меняется по линии ликвидус от 1 до 2’, формула Ж12’ А1’2. В точке 2 заканчивается первичная кристаллизация и сплав имеет однофазную структуру А аустенит, при понижении температуры до точки 3 начинается вторичная кристаллизация аустенит превращается в феррит по формуле А+Ф34Ф+П при достижении точки 9 состав смеси Ф+П примет эвтектоидную концентрацию точки (S, 0.8%C), и при постоянной температуре будет превращаться в феррит+перлит площадка на кривой. Концентрация фаз Ж2.14+А0.6 ОВКЖ=0.7-0,6/2,14-0,6*100=6,94% овкА=2,14-0,7/2,14-0,6*100=93,5% концентрация углерода в жидкой фазе при температуре 1400˚С
2,14% С, твердой фазе 0,6% С
