Teräksen lämpökäsittely on tehokkain mekanismi sen rakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttamiseen. Se perustuu kidehilojen modifikaatioihin lämpötilapelistä riippuen. Ferriittiä, perliittiä, sementiittiä ja austeniittia voi esiintyä rauta-hiili-lejeeringissä eri olosuhteissa. Jälkimmäisellä on tärkeä rooli kaikissa teräksen lämpömuutoksissa.
Määritelmä
Teräs on raudan ja hiilen seos, jonka hiilipitoisuus on teoreettisesti jopa 2,14 %, mutta teknisesti soveltuvin osin sisältää sitä enintään 1,3 %. Näin ollen kaikki rakenteet, jotka muodostuvat siinä ulkoisten vaikutusten vaikutuksesta, ovat myös seoksia.
Teoria esittää niiden olemassaolon neljässä muunnelmassa: tunkeutuva kiinteä liuos, poissulkeva kiinteä liuos, mekaaninen rakeiden seos tai kemiallinen yhdiste.
Austeniitti on kiinteä liuos, jossa hiiliatomi tunkeutuu raudan pintakeskiseen kuutiokiteiseen hilaan, jota kutsutaan nimellä γ. Hiiliatomi viedään raudan γ-hilan onteloon. Sen mitat ylittävät vastaavat huokoset Fe-atomien välillä, mikä selittää niiden rajoitetun kulkemisen päärakenteen "seinien" läpi. Muodostuu prosesseissaferriitin ja perliitin lämpötilamuutokset lämmön noustessa yli 727˚С.
Rauta-hiiliseosten taulukko
Kokeellisesti rakennettu kaavio, jota kutsutaan rauta-sementiitin tilakaavioksi, on selkeä osoitus kaikista mahdollisista muunnosvaihtoehdoista teräksissä ja valuraudoissa. Tietyt lämpötila-arvot tietylle hiilen määrälle lejeeringissä muodostavat kriittisiä pisteitä, joissa tapahtuu tärkeitä rakenteellisia muutoksia lämmitys- tai jäähdytysprosessien aikana, ja ne muodostavat myös kriittisiä viivoja.
GSE-viiva, joka sisältää pisteet Ac3 ja Acm, edustaa hiilen liukoisuuden tasoa lämpötasojen noustessa.
| Taulukko hiilen liukoisuudesta austeniittiin verrattuna lämpötilaan | |||||
| Lämpötila, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| C:n likimääräinen liukoisuus austeniittiin, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Koulutusominaisuudet
Austeniitti on rakenne, joka muodostuu terästä kuumennettaessa. Saavutettuaan kriittisen lämpötilan perliitti ja ferriitti muodostavat kiinteän aineen.
Lämmitysvaihtoehdot:
- Tasainen, kunnes vaadittu arvo saavutetaan, lyhyt valotus,jäähdytys. Seoksen ominaisuuksista riippuen austeniitti voi olla muodostunut kokonaan tai osittain.
- Hidas lämpötilan nousu, pitkä aika saavutetun lämpötason ylläpitoa puhtaan austeniitin saamiseksi.
Saadun kuumennetun materiaalin ominaisuudet sekä se, mikä tapahtuu jäähtymisen seurauksena. Paljon riippuu saavutetusta lämpötasosta. On tärkeää estää ylikuumeneminen tai ylikuumeneminen.
Mikrorakenne ja ominaisuudet
Jokaisella rauta-hiili-seoksille ominaisella faasilla on oma hila- ja rakerakenne. Austeniitin rakenne on lamellimainen, ja sen muoto on lähellä sekä neulamaista että hiutalemaista. Hiilen liukeneessa täydellisesti γ-raudaan rakeilla on vaalea muoto ilman tummia sementiittisulkeumia.
Kovuus on 170-220 HB. Lämmön- ja sähkönjohtavuus on suuruusluokkaa pienempi kuin ferriitin. Ei magneettisia ominaisuuksia.
Jäähdytysvaihtoehdot ja sen nopeus johtavat erilaisten "kylmän" tilan muunnelmien muodostumiseen: martensiitti, bainiitti, troostiitti, sorbiitti, perliitti. Niillä on samanlainen neulamainen rakenne, mutta ne eroavat hiukkasdispersion, raekoon ja sementiittihiukkasten suhteen.
Austeniitin jäähdytyksen vaikutus
Austeniitin hajoaminen tapahtuu samoissa kriittisissä pisteissä. Sen tehokkuus riippuu seuraavista tekijöistä:
- Jäähdytysnopeus. Vaikuttaa hiilen sulkeumien luonteeseen, jyvien muodostumiseen, lopullisen muodostumiseenmikrorakenne ja sen ominaisuudet. Riippuu jäähdytysnesteenä käytetystä väliaineesta.
- Isotermisen komponentin esiintyminen jossakin hajoamisvaiheessa - kun lämpötila lasketaan tietylle tasolle, stabiili lämpö säilyy tietyn ajan, jonka jälkeen nopea jäähtyminen jatkuu tai se tapahtuu yhdessä lämmityslaite (uuni).
Täten erotetaan austeniitin jatkuva ja isoterminen muunnos.
Muutosten luonteen piirteet. Kaavio
C-muotoinen kaavio, joka näyttää metallin mikrorakenteen muutosten luonteen aikavälillä lämpötilan muutosasteesta riippuen - tämä on austeniitin muunnoskaavio. Todellinen jäähdytys on jatkuvaa. Vain jotkin pakotetun lämmönpidätysvaiheet ovat mahdollisia. Kaavio kuvaa isotermisiä olosuhteita.
Hahmo voi olla diffuusiota ja diffuusiota.
Tavallisilla lämmönpoistonopeuksilla austeniitin rae muuttuu diffuusion myötä. Termodynaamisen epävakauden alueella atomit alkavat liikkua keskenään. Ne, joilla ei ole aikaa tunkeutua rautahilaan, muodostavat sementiittisulkeumia. Niihin liittyvät vierekkäiset hiilihiukkaset, jotka vapautuvat niiden kiteistä. Sementiitti muodostuu lahoavien rakeiden rajoilla. Puhdistetut ferriittikiteet muodostavat vastaavat levyt. Muodostuu hajanainen rakenne - rakeiden seos, jonka koko ja pitoisuus riippuvat jäähtymisen nopeudesta ja pitoisuudestaseoshiiltä. Myös perliitti ja sen välifaasit muodostuvat: sorbiitti, troostiitti, bainiitti.
Merkittävillä lämpötilan laskunopeuksilla austeniitin hajoamisella ei ole diffuusioluonnetta. Esiintyy monimutkaisia kiteiden vääristymiä, joissa kaikki atomit siirtyvät samanaikaisesti tasossa sijaintiaan muuttamatta. Diffuusion puute edistää martensiitin ydintymistä.
Kovettumisen vaikutus austeniitin hajoamisen ominaisuuksiin. Martensiitti
Kovettaminen on eräänlainen lämpökäsittely, jonka ydin on nopea kuumennus korkeisiin lämpötiloihin kriittisten pisteiden Ac3 ja Acm yläpuolella., jota seuraa nopea jäähdytys. Jos lämpötilaa lasketaan veden avulla yli 200˚С sekunnissa, muodostuu kiinteä neulamainen faasi, jota kutsutaan martensiitiksi.
Se on ylikyllästetty kiinteä liuos, jossa hiiltä tunkeutuu rautaan ja jossa on α-tyyppinen kidehila. Voimakkaiden atomien siirtymien vuoksi se vääristyy ja muodostaa nelikulmaisen hilan, joka on syy kovettumiseen. Muodostetulla rakenteella on suurempi tilavuus. Tämän seurauksena tason rajaamat kiteet puristuvat kokoon, syntyy neulamaisia levyjä.
Martensiitti on vahva ja erittäin kova (700-750 HB). Muodostunut yksinomaan nopean sammutuksen seurauksena.
Kovettuminen. Diffuusiorakenteet
Austeniitti on muodostuma, josta voidaan valmistaa keinotekoisesti bainiittia, troostiittia, sorbiittia ja perliittiä. Jos kovettumisen jäähtyminen tapahtuu klopienemmillä nopeuksilla diffuusiomuunnoksia suoritetaan, niiden mekanismi on kuvattu yllä.
Troostiitti on perliittiä, jolle on ominaista korkea dispersioaste. Se muodostuu, kun lämpö laskee 100˚С sekunnissa. Suuri määrä pieniä ferriitin ja sementiitin rakeita on jakautunut koko tasolle. "Kovetetulle" sementiitille on ominaista lamellimainen muoto, ja myöhemmän karkaisun tuloksena saadulla troostiitilla on rakeinen visualisointi. Kovuus - 600-650 HB.
Bainiitti on välifaasi, joka on vielä hajaantuneempi seos korkeahiilisen ferriitin ja sementiitin kiteitä. Mekaanisten ja teknisten ominaisuuksien os alta se on huonompi kuin martensiitti, mutta ylittää troostiitin. Se muodostuu lämpötila-alueilla, jolloin diffuusio on mahdotonta, ja kiderakenteen puristus- ja liikevoimat martensiittiseksi muuttumiseksi eivät riitä.
Sorbitoli on karkea neulamainen valikoima perliittifaaseja, kun se jäähdytetään nopeudella 10 ˚С sekunnissa. Mekaaniset ominaisuudet ovat perliitin ja troostiitin välissä.
Perliitti on yhdistelmä ferriitin ja sementiitin rakeita, jotka voivat olla rakeisia tai lamellisia. Muodostuu austeniitin tasaisen hajoamisen seurauksena jäähdytysnopeudella 1˚C sekunnissa.
Beitiitti ja troostiitti liittyvät enemmän kovettuviin rakenteisiin, kun taas karkaisussa, hehkutuksessa ja normalisoinnissa voi muodostua myös sorbiittia ja perliittiä, joiden ominaisuudet määräävät rakeiden muodon ja koon.
Hehkutuksen vaikutusausteniitin hajoamisominaisuudet
Käytännössä kaikki hehkutus- ja normalisointityypit perustuvat austeniitin vastavuoroiseen muuntamiseen. Täysi ja epätäydellinen hehkutus suoritetaan hypoeutektoidisille teräksille. Osat kuumennetaan uunissa kriittisten pisteiden Ac3 ja Ac1 yläpuolelle. Ensimmäiselle tyypille on ominaista pitkä pitoaika, joka varmistaa täydellisen muuntumisen: ferriitti-austeniitti ja perliitti-austeniitti. Tätä seuraa työkappaleiden hidas jäähtyminen uunissa. Ulostulossa saadaan hienojakoinen ferriitin ja perliitin seos, ilman sisäisiä jännityksiä, muovia ja kestävää. Epätäydellinen hehkutus on vähemmän energiaintensiivistä ja muuttaa vain perliitin rakennetta jättäen ferriitin käytännössä muuttumattomaksi. Normalisointi tarkoittaa nopeampaa lämpötilan laskua, mutta myös karkeampaa ja vähemmän plastista rakennetta ulostulossa. Terässeoksille, joiden hiilipitoisuus on 0,8-1,3 %, jäähdytettäessä tapahtuu osana normalisointia hajoamista suuntaan: austeniitti-perliitti ja austeniitti-sementiitti.
Toinen lämpökäsittely, joka perustuu rakenteellisiin muutoksiin, on homogenointi. Se soveltuu suurille osille. Se tarkoittaa austeniittisen karkearakeisen tilan absoluuttista saavuttamista lämpötiloissa 1000-1200 ° C ja altistumista uunissa jopa 15 tunnin ajan. Isotermiset prosessit jatkuvat hitaalla jäähdytyksellä, mikä auttaa tasoittamaan metallirakenteita.
Isoterminen hehkutus
Jokainen lueteltu menetelmä metalliin vaikuttamiseksi ymmärtämisen yksinkertaistamiseksipidetään austeniitin isotermisenä muunnoksena. Jokaisella niistä on kuitenkin vain tietyssä vaiheessa ominaispiirteitä. Todellisuudessa muutoksia tapahtuu lämmön tasaisella laskulla, jonka nopeus määrää tuloksen.
Yksi ihanteellisia olosuhteita lähinnä olevista menetelmistä on isoterminen hehkutus. Sen olemus koostuu myös lämmittämisestä ja pitämisestä, kunnes kaikki rakenteet hajoavat täydellisesti austeniitiksi. Jäähdytys toteutetaan useissa vaiheissa, mikä edistää hitaampaa, pidempään ja lämpöstabiilimpaa hajoamista.
- Lämpötilan nopea pudotus 100 ˚C:een AC-pisteen alapuolella1.
- Saavutetun arvon pakotettu säilyttäminen (uuniin asettamalla) pitkään, kunnes ferriitti-perliittifaasien muodostumisprosessit ovat päättyneet.
- Jäähdytys tyynessä ilmassa.
Menetelmää voidaan soveltaa myös seosteräksiin, joille on ominaista jäännösausteniitin läsnäolo jäähtyneessä tilassa.
Säilytetty austeniitti ja austeniittiset teräkset
Joskus epätäydellinen hajoaminen on mahdollista, kun austeniittia on jäljellä. Tämä voi tapahtua seuraavissa tilanteissa:
- Jäähdytyy liian nopeasti, kun täydellistä hajoamista ei tapahdu. Se on bainiitin tai martensiitin rakennekomponentti.
- Rikkahiilinen tai niukkaseosteinen teräs, jonka austeniittiset hajaantuneet muunnosprosessit ovat monimutkaisia. Edellyttää erityisiä lämpökäsittelymenetelmiä, kuten homogenointia tai isotermistä hehkutusta.
Ruukasseosteisille -kuvattujen muunnosten prosesseja ei ole. Teräksen seostus nikkelillä, mangaanilla, kromilla edistää austeniitin muodostumista pääasiallisena vahvana rakenteena, joka ei vaadi lisävaikutuksia. Austeniittisille teräksille on ominaista korkea lujuus, korroosionkestävyys ja lämmönkestävyys, lämmönkestävyys ja kestävyys vaikeille aggressiivisille työolosuhteille.
Austeniitti on rakenne, jonka muodostumista ei ole mahdollista lämmittää terästä korkeassa lämpötilassa ja joka on mukana lähes kaikissa lämpökäsittelymenetelmissä mekaanisten ja teknisten ominaisuuksien parantamiseksi.