4. Дейности Термична обработка на стомани
Дейност 4.1
Значение на топлинната обработка на стоманата
Какви са термичните обработки на стоманата? Фактори, участващи в лечението. Графична характеристика.
Дейност 4.3
Определение за Fe-C мартензит. Имоти.
Дейност 4.9
Опишете значението на всяка от графиките на фигура 4.5
Дейност 4.1
Значение на топлинната обработка на стоманата
Стоманата е най-важната от всички стоманени продукти и това се потвърждава от факта, че 80% от течното желязо, произведено в доменните пещи, е предназначено за нейното производство. Един от фактите, който оправдава значението на стоманата в индустрията, е възможността за получаване на голямо разнообразие от свойства със същия вид материал. Например можем да имаме ковки стомани за ламарина, неръждаеми стомани за работа във влажна среда, магнитни стомани за електромеханични приложения, стомани с висока твърдост и устойчивост на износване и високи температури за режещи инструменти и др.
Голяма част от променливостта на свойствата се дължи на различните обработки, на които е подложена стоманата, сред които са валцуване, коване, термични обработки като закаляване, отгряване, закаляване и нормализиране, повърхностни обработки като циментиране и азотиране и др.
Дейност 4.2
Какви са термичните обработки на стоманата? Фактори, участващи в лечението. Графична характеристика.
Термичните обработки се състоят в подлагане на стоманата на комбинация от операции за нагряване и охлаждане с определени времена, за да се променят пропорциите на съставните й части и по този начин да се получат желаните свойства върху нея. Промените в свойствата на материала, възникващи в резултат на термичната обработка, трябва да бъдат постоянни, в противен случай топлинната обработка би била безсмислена.
Най-често използваните топлинни обработки са закаляване, закаляване, отгряване и нормализиране. Всички процедури се основават на трансформацията или разлагането на аустенита. Следователно първата стъпка при всяка топлинна обработка на стомана ще бъде нагряването на материала до температурата, която води до образуването на аустенит.
Температурата и времето са основните фактори, които влияят на термичната обработка и винаги трябва да се задават предварително, в съответствие със състава на стоманата, формата и размера на частите, които трябва да се получат.
Чрез графика на температурата спрямо времето може да се характеризира всяка топлинна обработка. В много обобщен вид могат да се разгледат следните важни моменти: максималната температура на нагряване, Tmax, до която материалът се нагрява по време на топлинната обработка, времето, в което се поддържа при максимална температура, tm, и скоростите на нагряване и охлаждане.
Има две температурни стойности по време на нагряване, които е важно да се подчертаят: температурата AC 1 или тази, при която компонентът на аустенита започва да се появява (723 o C), и температурата AC 3 или тази, при която цялата маса от стомана вече е трансформиран в аустенит (между 723 o C и 1148 o C); специфичните стойности на тези температури варират в зависимост от дела на въглерода, съдържащ се в стоманата.
Фазовата диаграма Fe-Fe3C (фигура 4.2) е основата за изследване на топлинната обработка на стоманите, по-специално само частта от диаграмата, съответстваща на сплави, чиято концентрация не надвишава 2% от С, така че частта, която наистина интересува е цветното.
Дейност 4.3
Определение за Fe-C мартензит. Имоти.
Мартензитът е типичната съставка на закалените стомани. Определя се като метастабилна фаза, образувана от твърд интерстициален пренаситен разтвор на въглерод в кристалната решетка на BCC желязо или тетрагонално желязо, центрирано в тялото.
Съдържанието на въглерод в мартензита има тенденция да варира, обикновено от малки следи до 1% С. Твърдостта и якостта на Fe-C мартензитите са пряко свързани с тяхното съдържание на въглерод и се увеличават с него. Пластичността и жилавостта обаче намаляват с увеличаване на съдържанието на въглерод. Те имат максимална якост на опън от 1600 до 2400 МРа, удължение между 0,5 и 2,5% и твърдост между 495 и 745 единици Brinell.
Дейност 4.4
Опишете следните видове Fe-C мартензити, присъстващи във въглеродни стомани: (а) мартензит в ленти (б) мартензит в листове
Дейност 4.5
Храмът. Характеристики и цел.
Темперирането се прилага, когато искате да постигнете стомана с висока твърдост и механична устойчивост. Недостатъкът е, че прави закаленото парче чупливо.
Състои се от получаване на стомана, образувана от голяма част от мартензит. Подобно на мартензит, те се получават чрез бързо охлаждане на аустенита, лечението се състои от:
-
Загрейте стоманата, докато цялата й маса се трансформира в аустенит. В зависимост от процента на въглерод в стоманата, температурата, до която ще е необходимо да се достигне (AC3) ще бъде по-висока или по-ниска.
За всеки вид стомана има минимална скорост на охлаждане, която осигурява пълна трансформация в мартензит. Например за въглеродните стомани е между 200 и 600 o C/s; в случай на сродни стомани температурата обикновено е 50 o C/s.
За да закалите парче, е необходимо да го охладите със скорост, малко по-висока от минималната. В някои случаи може да се получи изкривяване или напукване, ако се прилагат прекомерни скорости на охлаждане. За да се постигнат различните скорости на охлаждане, парчетата се потапят в различни среди: вода, разтопени соли, минерални масла, разтопено олово, живак, въздух със стайна температура и др.
Понякога е интересно само да се втвърди външен слой на детайла, като се запази вътрешната част, без да се втвърдява, за да не се загуби жилавостта и да се осигури устойчивост на износване. В тези случаи се прилага повърхностно темпериране, бързо нагряване на повърхностните слоеве на пробата (посредством оксиацетиленова горелка или чрез електромагнитна индукция) и прилагане на последващо охлаждане към въздух или вода.
Дейност 4.6
Опаленото. Характеристики и цел.
Основната цел на отгряването е да се омекоти стоманата, като се елиминират възможни напрежения или вътрешни аномалии в нейната структура, които може да са възникнали в резултат на някаква предишна обработка (коване, валцуване и др.), Която втвърдява материала.
Отгряването намалява твърдостта и увеличава пластичността на стоманата, така че тя да може да се деформира и обработва по-лесно.
По принцип се състои от нагряване при висока температура, над температурата AC3, и бавно охлаждане. Охлаждането (между 50 и 100 o C/h) се постига във фурна, в която температурата се регулира, докато материалът достигне стайна температура.
Дейност 4.7
Темпериране. Характеристики и цел.
Темперирането се прилага, когато искате да увеличите жилавостта и пластичността на стоманите, които са били подложени на закаляване. Обработката се състои от нагряване на мартензита под 723 o C и последващо охлаждане на въздух, в масло или във вода, в зависимост от състава на стоманата. По този начин е възможно да се увеличи жилавостта и да се омекоти закалената стомана чрез намаляване на нейните вътрешни напрежения. Темперирането води до намаляване на твърдостта, механичната устойчивост и границата на еластичност.
Дейност 4.8
Нормализираното. Характеристики и цел.
Нормализирането на стоманата се състои в нагряване до температурата на аустенизиране и охлаждане на открито с по-ниска скорост от закаляването, но по-бързо от отгряване.
Целта на стандартизацията е да се получи по-твърда и по-устойчива стомана от тази, получена чрез по-бавно охлаждане, в пещта, когато се подлага на отгряване. Нормализирането се прилага и след деформиране на стомана, студена или гореща, за да се елиминират възможните вътрешни напрежения, причинени от деформация. Друга цел, преследвана от стандартизацията, е да се намали размерът на стоманените зърна, за да се подобрят механичните свойства на стоманата.
Дейност 4.9
Опишете значението на всяка от следващите графики.
Четирите графики представят температурата спрямо времето, характерно представяне на всяка топлинна обработка на стоманите.
На графики i, ii и iv пробата от стомана се нагрява до пълното й превръщане в аустенит (температура по-висока от AC3), като се запазва така за известно време. Впоследствие има охлаждане на пробата: много бавно в графика i, много бързо в графика ii и междинно охлаждане в последната графика.
Графика i представя топлинната обработка на отгряването. Графика ii представлява умерената, а графика iv представлява нормализираната.
Графика iii показва нагряване на пробата под температурата на аустенизиране и последващо охлаждане до температура, по-бавна от закаляването, но по-бърза от отгряването. Представлява закаляващо лечение.