Термическая обработка металлов и сплавов
Термическая обработка − это технологические процессы, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения полуфабрикатов и изделий, которые осуществляются по определённому режиму с целью изменения их структуры и свойств.
Любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени, по которому можно определить:
| · температуру нагревания, · время нагревания и охлаждения, · средние и истинные скорости нагрева и охлаждения, · время выдержки при температуре нагревания, · общую продолжительность производственного цикла. |
| ß Но по форме этого графика, нельзя сказать какой это вид термической обработки. | |
ß
Вид термообработки определяется не характером изменения температуры во времени, а типом фазовых и структурных изменений в металле.
В общем смысле превращение ¾ это перестройка атомной структуры.
Фазовое превращение - когда в результате превращения происходит изменение фазового состава.
Структурное превращение - когда в результате превращения происходит изменение структуры.
ß
Все фазовые превращения сопровождаются изменением структуры, но не любое структурное превращение сопровождается изменением фазового состава.
Основываясь на этом признаке, можно выделить следующие виды термической обработки черных и цветных металлов и их сплавов:
1. Отжиг (1-ого и 2-ого рода);
|
|
|
2. Закалка (без полиморфного превращения; с полиморфным превращением);
3. Отпуск или старение;
Отжиг
Отжиг − это вид термической обработки, в результате которого металлы или сплавы приобретают структуру близкую к равновесной. Отжиг приводит к разупрочнению изделия и сопровождается повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.
· устранение дефектов предыдущей обработки (литья, ковки);
· подготовка структуры к последующим операциям (обработка резанием, закалка)
· достижение необходимого уровня механических свойств (как окончательная термическая обработка).
В зависимости от марки сплава, его начального состояния и требуемых конечных свойств к полуфабрикатам и изделиям могут применяться различные виды отжига, которые в свою очередь различаются температурами нагрева, продолжительностью выдержки, скоростью охлаждения.
Температура нагрева лежит в интервале 300 - 1500°С. Время выдержки при температуре нагрева продолжительное - несколько часов. Скорость охлаждения при отжиге обычно медленная и достигается охлаждением на воздухе или с печью (составляет порядка 30 - 200°С/ч).
Закалка
Закалка - это вид термической обработки, основанный на фиксировании при комнатной температуре неравновесной структуры (пересыщенные легирующими элементами твёрдый раствор или мартенсит).
|
|
|
Скорость охлаждения должна обеспечивать подавление всех диффузионных процессов. Для этого необходимо охлаждать со скоростью выше первой критической скорости охлаждения (V1кр)
Первой критической скорости охлаждения (V1кр) – это минимальная скорость охлаждения при, которой подавляется диффузионные процессы (рис. 7).
| Рис. 7. Диаграмма изотермического распада переохлажденной высокотемпературной фазы со скоростями охлаждения Vк - критическая скорость охлаждения(это касательная к линии начала превращения) V2 меньше Vк Þ закалка реализовываться не будет V1 больше Vк Þ закалка реализовываться будет |
Температура нагрева под закалку обычно лежит в однофазной области, при охлаждении с которой в структуре при комнатной температуре фиксируется твердый раствор максимально пересыщенный легирующими элементами (рис. 8а) или мартенсит (рис. 8б).
Время выдержки должна быть такой, чтобы успевали произойти все диффузионные процессы.
Полиморфное превращение - это фазовое превращение, которое заключается в перестройки одной кристаллической решетки в другую при изменении температуры, давлении или концентрации
|
|
|
Закалка без полиморфного превращения позволяет зафиксировать при более низкой температуре, состояние сплава, свойственной ему при более высокой температуре (рис. 3а). Применяется к любым сплавам, в которых одна фаза полностью или частично растворяется в другой. К чистым металлам не применяется. (Например: сплавы на основе Al, Mg, Ni, Cu, легированные стали).
Закалка с полиморфным превращением, при которой главным процессом является мартенситное превращение высокотемпературной фазы (рис. 3б). Применяется к любым металлам и сплавам, в которых при охлаждении перестраивается кристаллическая решётка высокотемпературной фазы. (Например: сплавы на основе Ti, Co, углеродистые стали).
Закалка без полиморфного превращения
на примере системе Al-Cu 
В сплаве 1 при закалки с температуры tн, в результате быстрого охлаждения, подавляется процесс выделения q - фазы и при комнатной температуре фиксируется пересыщенный легирующими элементами a- твердый раствор.
| Закалка с полиморфным превращением.
на примере системе Fe-C 
В сплаве 2 при закалки с температуры tн, в результате быстрого охлаждения g-фаза не претерпевает распада на (Ф+Ц)-смесь, а переходит в мартенсит.
| ||
|
Структура при температуре нагрева - твёрдый раствор
| |||
| Структура при комнатной температуре - твердый раствор, пересыщенный легирующими элементами | Структура при комнатной температуре - мартенсит | ||
|
| ||
| а) | б) | ||
|
Рис. 8. Виды закалки | |||
Старение или отпуск
Старение и отпуск - это заключительный вид термической обработки, при которой основным процессом является распад структур, зафиксированных закалкой.
Если рассматривать распад, то исходная структура - метастабильная фаза с неравновесным химическим составом, а конечная структура может быть равновесной. Эффект упрочнения при старении зависит от природы упрочняющих фаз. Процессы старения развиваются диффузионным путем, поэтому зависят и от температуры и от времени.
Температуры нагрева старения или отпуска относительно низкая. При таких температурах процессы диффузии, заторможены и растянуты во времени, поэтому время выдержки при старении может достигать десятки часов.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 224; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!