Az acél hőkezelése a legerősebb mechanizmus az acél szerkezetének és tulajdonságainak befolyásolására. A kristályrácsok hőmérsékleti játékától függően történő módosításán alapul. Ferrit, perlit, cementit és ausztenit különféle körülmények között jelen lehet egy vas-szén ötvözetben. Ez utóbbi fontos szerepet játszik az acél összes termikus átalakulásában.
Definíció
Az acél vas és szén ötvözete, melynek széntartalma elméletileg legfeljebb 2,14%, de technológiailag alkalmazhatóan legfeljebb 1,3%-ban tartalmazza. Ennek megfelelően minden olyan szerkezet, amely külső hatások hatására képződik benne, szintén ötvözetek fajtái.
Az elmélet négy változatban mutatja be létezésüket: behatoló szilárd oldat, kizáró szilárd oldat, szemcsék mechanikus keveréke vagy kémiai vegyület.
Az ausztenit olyan szilárd oldat, amelyben a szénatom behatol a vas felületközpontú köbös kristályrácsába, amelyet γ-nak neveznek. A szénatom a vas γ-rácsának üregébe kerül. Méretei meghaladják a vasatomok közötti megfelelő pórusokat, ami megmagyarázza ezek korlátozott áthaladását a fő szerkezet "falain". Folyamatok során keletkezika ferrit és a perlit hőmérsékleti átalakulása 727˚С feletti hővel.
Vas-szén ötvözetek táblázata
A vas-cementit állapotdiagramnak nevezett, kísérletileg felépített grafikon világosan szemlélteti az acélok és öntöttvasak átalakításának minden lehetséges lehetőségét. Az ötvözetben lévő szén bizonyos mennyiségére vonatkozó fajlagos hőmérsékleti értékek olyan kritikus pontokat képeznek, ahol fontos szerkezeti változások mennek végbe a fűtési vagy hűtési folyamatok során, és kritikus vonalakat is képeznek.
A GSE vonal, amely az Ac3 és Acm pontokat tartalmazza, a szén oldhatóságának szintjét jelenti a hőszint növekedésével.
| A szén ausztenitben való oldhatóságának táblázata a hőmérséklet függvényében | |||||
| Hőmérséklet, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| C hozzávetőleges oldhatósága ausztenitben, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Az oktatás jellemzői
Az ausztenit olyan szerkezet, amely az acél hevítésekor képződik. A kritikus hőmérséklet elérésekor a perlit és a ferrit szerves anyagot képeznek.
Fűtési lehetőségek:
- Egységes, a kívánt érték eléréséig, rövid expozíció,hűtés. Az ötvözet jellemzőitől függően az ausztenit lehet teljesen vagy részben kialakult.
- Lassú hőmérséklet-emelkedés, az elért hőszint hosszú ideig tartó fenntartása a tiszta ausztenit kinyerése érdekében.
A kapott felmelegített anyag tulajdonságai, valamint a lehűlés eredményeként bekövetkező tulajdonságai. Sok múlik az elért hőfokozaton. Fontos a túlmelegedés vagy túlmelegedés elkerülése.
Mikrostruktúra és tulajdonságok
A vas-szén ötvözetekre jellemző fázisok mindegyikének megvan a maga rácsos és szemcsés szerkezete. Az ausztenit szerkezete lamellás, formája közel van a hegyeshez és a pelyheshez. A szén γ-vasban való teljes feloldódásával a szemcsék világos alakúak, sötét cementitzárványok nélkül.
Keménysége 170-220 HB. A hő- és elektromos vezetőképesség egy nagyságrenddel kisebb, mint a ferrité. Nincs mágneses tulajdonság.
A hűtés változatai és sebessége a "hideg" állapot különféle módosulásainak kialakulásához vezetnek: martenzit, bainit, troostit, szorbit, perlit. Hasonló hegyes szerkezetűek, de különböznek részecskediszperzióban, szemcseméretben és cementitszemcsékben.
Hűtés hatása az ausztenitre
Az ausztenit bomlása ugyanazokon a kritikus pontokon megy végbe. Hatékonysága a következő tényezőktől függ:
- Hűtési sebesség. Befolyásolja a szénzárványok jellegét, a szemcsék képződését, a végső kialakulásátmikroszerkezete és tulajdonságai. A hűtőfolyadékként használt közegtől függ.
- Izoterm komponens jelenléte a bomlás egyik szakaszában - egy bizonyos hőmérsékleti szintre csökkentve egy bizonyos ideig stabil hőt tartanak fenn, majd a gyors lehűlés folytatódik, vagy együtt lép fel fűtőberendezés (kemence).
Így megkülönböztethető az ausztenit folyamatos és izoterm átalakulása.
Az átalakulások karakterének jellemzői.diagram
C alakú grafikon, amely a fém mikroszerkezetében bekövetkező változások természetét mutatja az időintervallumban, a hőmérsékletváltozás mértékétől függően - ez az ausztenit átalakulási diagram. Az igazi hűtés folyamatos. A kényszerített hővisszatartásnak csak néhány fázisa lehetséges. A grafikon az izotermikus feltételeket írja le.
A karakter lehet diffúziós és nem diffúziós.
Szabványos hőcsökkentési sebességnél az ausztenitszemcse diffúzióval változik. A termodinamikai instabilitás zónájában az atomok elkezdenek mozogni egymás között. Azok, amelyeknek nincs idejük behatolni a vasrácsba, cementit zárványokat képeznek. Csatlakoznak hozzájuk a kristályaikból felszabaduló szomszédos szénrészecskék. A cementit a bomló szemcsék határán képződik. A tisztított ferritkristályok képezik a megfelelő lemezeket. Diszpergált szerkezet jön létre - szemcsék keveréke, amelynek mérete és koncentrációja a lehűlés sebességétől és a tartalomtól függ.ötvözött szén. Perlit és közbenső fázisai is képződnek: szorbit, troosztit, bainit.
Jelentős hőmérséklet-csökkenés esetén az ausztenit bomlásának nincs diffúziós jellege. A kristályok összetett torzulásai lépnek fel, amelyeken belül az összes atom egyidejűleg elmozdul egy síkban anélkül, hogy megváltoztatná a helyét. A diffúzió hiánya hozzájárul a martenzit magképződéséhez.
A keményedés hatása az ausztenit bomlásának jellemzőire. martenzit
A keményedés a hőkezelés egy fajtája, melynek lényege a gyors felmelegítés magas hőmérsékletre a kritikus pontok feletti Ac3 és Acm, majd gyors lehűlés. Ha a hőmérsékletet víz segítségével másodpercenként 200˚С-nál nagyobb sebességgel csökkentjük, akkor szilárd, hegyes fázis képződik, amelyet martenzitnek nevezünk.
Túltelített szilárd oldat, amelyben a szén α-típusú kristályrács segítségével behatol a vasba. Az atomok erőteljes elmozdulása miatt eltorzul, és négyszögletű rácsot képez, ami a keményedés oka. A kialakított szerkezet nagyobb térfogatú. Ennek eredményeként a sík által határolt kristályok összenyomódnak, tűszerű lemezek születnek.
A martenzit erős és nagyon kemény (700-750 HB). Kizárólag a nagy sebességű kioltás eredményeként jött létre.
Keményedés. Diffúziós szerkezetek
Az ausztenit olyan képződmény, amelyből mesterségesen báinit, troosztit, szorbit és perlit állítható elő. Ha a keményedés lehűlése akisebb sebességeknél diffúziós transzformációkat hajtanak végre, ezek mechanizmusát fentebb leírtuk.
A troosztit perlit, amelyet nagyfokú diszperzió jellemez. Akkor keletkezik, amikor a hő másodpercenként 100˚С-kal csökken. Nagyszámú kis ferrit- és cementitszemcsék oszlanak el a teljes síkon. A „megkeményedett” cementitre lamellás forma, az utólagos temperálás eredményeként kapott troosztit szemcsés megjelenítése jellemzi. Keménység - 600-650 HB.
A bainit egy köztes fázis, amely a magas széntartalmú ferrit és cementit kristályainak még diszpergáltabb keveréke. Mechanikai és technológiai tulajdonságait tekintve gyengébb a martenzitnél, de meghaladja a troostitot. Olyan hőmérsékleti tartományokban képződik, amikor a diffúzió lehetetlen, és a kristályszerkezet összenyomódási és mozgási ereje nem elegendő a martenzitessé való átalakuláshoz.
A szorbit a perlit fázisok durva tűszerű változata, amikor 10 ˚С/másodperc sebességgel hűtik. A mechanikai tulajdonságok a perlit és a troostit között közepesek.
A perlit ferrit és cementit szemcsék kombinációja, amely lehet szemcsés vagy lamellás. Az ausztenit sima bomlása eredményeként képződik 1˚C/s hűtési sebességgel.
A beitit és a troostit inkább a keményedő szerkezetekkel kapcsolatos, míg a szorbit és a perlit temperálás, lágyítás és normalizálás során is képződhet, amelyek tulajdonságai meghatározzák a szemcsék alakját és méretét.
A lágyítás hatásaausztenit bomlási jellemzők
Gyakorlatilag minden típusú lágyítás és normalizálás az ausztenit reciprok átalakulásán alapul. A hipoeutektoid acéloknál teljes és hiányos izzítást alkalmaznak. Az alkatrészeket a kemencében az Ac3 és Ac1 kritikus pontok fölé hevítik. Az első típust a hosszú tartási idő jelenléte jellemzi, amely biztosítja a teljes átalakulást: ferrit-ausztenit és perlit-ausztenit. Ezt követi a munkadarabok lassú lehűlése a kemencében. A kimeneten ferrit és perlit finoman eloszlatott keveréke keletkezik, belső feszültségek nélkül, műanyag és tartós. A nem teljes hőkezelés kevésbé energiaigényes, és csak a perlit szerkezetét változtatja meg, így a ferrit gyakorlatilag változatlan marad. A normalizálás nagyobb mértékű hőmérséklet-csökkenést, de durvább és kevésbé képlékeny szerkezetet is jelent a kilépésnél. A 0,8-1,3% széntartalmú acélötvözetek esetében hűtéskor a normalizálás részeként a bomlás ausztenit-perlit és ausztenit-cementit irányban megy végbe.
A szerkezeti átalakuláson alapuló hőkezelés másik típusa a homogenizálás. Nagy alkatrészekhez használható. Ez magában foglalja az ausztenites durva szemcsés állapot abszolút elérését 1000-1200 ° C hőmérsékleten, és a kemencében való kitettséget akár 15 órán keresztül. Az izoterm folyamatok lassú hűtéssel folytatódnak, ami segít a fémszerkezetek kiegyenlítésében.
Izotermikus izzítás
A felsorolt módszerek mindegyike a fém befolyásolására a megértés egyszerűsítése érdekébenaz ausztenit izoterm átalakulásának tekintik. Azonban mindegyikük csak egy bizonyos szakaszban rendelkezik jellemző tulajdonságokkal. A valóságban a változások a hő folyamatos csökkenésével következnek be, aminek sebessége határozza meg az eredményt.
Az ideális feltételekhez legközelebb álló egyik módszer az izoterm hőkezelés. Lényege továbbá a melegítés és a tartás, amíg az összes szerkezet ausztenitté nem bomlik. A hűtés több lépcsőben valósul meg, ami hozzájárul a lassabb, hosszabb és termikusan stabilabb bomláshoz.
- A hőmérséklet gyors csökkenése 100°C-ra az AC pont alá1.
- Az elért érték kényszerű megtartása (kemencébe helyezéssel) hosszú ideig, amíg a ferrit-perlit fázisok képződési folyamatai be nem fejeződnek.
- Hűtés csendes levegőben.
A módszer alkalmazható ötvözött acélokra is, amelyekre jellemző a visszamaradó ausztenit hűtött állapotban.
Megtartott ausztenites és ausztenites acélok
Néha nem teljes bomlás lehetséges, ha van visszatartott ausztenit. Ez a következő helyzetekben fordulhat elő:
- Túl gyors hűtés, ha nem következik be teljes bomlás. Ez a bainit vagy martenzit szerkezeti alkotóeleme.
- Magas széntartalmú vagy gyengén ötvözött acél, amelynél az ausztenites diszpergált átalakulási folyamatok bonyolultak. Speciális hőkezelési módszereket igényel, például homogenizálást vagy izoterm izzítást.
Erősen ötvözöttekhez -a leírt átalakulásoknak nincsenek folyamatai. Az acél nikkellel, mangánnal, krómmal való ötvözése hozzájárul az ausztenit kialakulásához, mint a fő erős szerkezethez, amely nem igényel további hatásokat. Az ausztenites acélokat nagy szilárdság, korrózióállóság és hőállóság, hőállóság és a nehéz agresszív munkakörülményeknek való ellenállás jellemzi.
Az ausztenit olyan szerkezet, amelynek kialakulása nélkül nem lehetséges az acél magas hőmérsékletű hevítése, és amely szinte minden hőkezelési módszerében részt vesz a mechanikai és technológiai tulajdonságok javítása érdekében.