Процесс закалки стали. Закаливаемость, прокаливаемость

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине "Материаловедение"

На тему: "Процесс закалки стали. Закаливаемость, прокаливаемость"

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОНЯТИЕ ЗАКАЛКИ СТАЛИ. ЕЕ ЦЕЛИ

2. ВИДЫ ЗАКАЛКИ СТАЛИ

3. ПОНЯТИЕ "ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ" И "ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В ряду материалов, известных с незапамятных времен и повсеместно применяемых во многих сферах человеческой деятельности, металлы всегда занимали особое место. Причина их чрезвычайно высокой популярности легко объяснима: наряду с высокой прочностью они обладают повышенной тепло- и электропроводностью, пластичностью (ковкостью), особым металлическим блеском (отражательной способностью). Комплекс ценных физических, химических, технологических и эксплуатационных свойств, обусловленный особенностями строения металлов и сплавов, выгодно отличает их от других материалов и во многих случаях делает незаменимыми.

1. ПОНЯТИЕ ЗАКАЛКИ СТАЛИ. ЕЕ ЦЕЛИ

Закалка - термическая обработка материалов, заключающаяся в их нагреве и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при его медленном охлаждении.

Закалка возможна только для тех веществ, равновесное состояние которых при высокой температуре отличается от равновесного состояния при низкой температуре (например, кристаллической структурой). Закалка эффективна только в том случае, если реально достижимая скорость охлаждения достаточна для того, чтобы не успели развиться процессы, подавление которых является целью закалки.

Структуры, возникающие в результате закалки, лишь относительно устойчивы, при нагреве они переходят в более устойчивое состояние. Закалке могут подвергаться в естественных условиях или в определённом технологическом процессе многие вещества, (металлы, их сплавы, стекло и пр.).

Закалка стали. Наиболее широкая группа материалов, подвергаемых закалке -- стали. В соответствии с диаграммой состояния железа углеродистых сплавов (РИС. 1) термодинамически устойчивым состоянием стали при температурах, расположенных выше линии GSE диаграммы состояния, является аустенит -- раствор углерода в g-железе; ниже линии PSK -- смесь феррита (раствора углерода в a-железе) и цементита (карбида железа Fe₃C). При медленном охлаждении от температур, расположенных выше линии PSK, аустенит в соответствии с диаграммой состояния должен распадаться на феррит и цементит. Скорость этого превращения меняется с температурой и при достаточно низкой температуре становится настолько малой, что аустенит практически не распадается. При дальнейшем снижении температуры аустенит превращается в мартенсит, появление которого в структуре стали приводит к резкому увеличению твёрдости, прочности, магнитного насыщения и к снижению пластичности.

Цель закалки стали -- получение полностью мартенситной структуры (без продуктов распада аустенита), т. е. подавление при быстром охлаждении распада аустенита и сохранение его вплоть до температур, при которых начинается мартенситное превращение. Минимальная скорость охлаждения, достаточная для предотвращения распада аустенита, носит название критической скорости закалки стали.

2. ВИДЫ ЗАКАЛКИ СТАЛИ

В практике термической обработки металлов для получения металлов, в частности сталей, с определенными свойствами применяют различные виды закалки.

В зависимости от условий нагрева различают закалки: полную и неполную.

При полной закалке быстрое охлаждение стали производят после нагрева её до температур, лежащих выше линии GSE. При этом сталь полностью переводится в аустенитное состояние.

При неполной закалке (главным образом инструментальных сталей) металл нагревают до температур выше линии PSK; после охлаждения в структуре могут сохраняться не растворившиеся при нагреве избыточные фазы (феррит или цементит и более сложные карбиды).

В зависимости от условий охлаждения различают закалки: изотермическую, ступенчатую и др.

При изотермической закалке сталь нагревают до температур выше линии GSE (полная закалка) или выше PSK (неполная закалка), затем быстро охлаждают до температур ниже линии PSK и дают изотермическую выдержку, при которой происходит превращение аустенита в др. структуры (перлит, бейнит). В этом случае свойства окончательных продуктов определяются температурой изотермической выдержки: твёрдость и прочность материала возрастают по мере снижения температуры.

При ступенчатой закалке охлаждение с большой скоростью производят до температуры, несколько превышающей температуру мартенситного превращения, и дают выдержку, необходимую для выравнивания этой температуры по всей толщине изделия (ступень), а затем охлаждение ведут медленно до образования в структуре мартенсита. Внешние факторы, главным образом закалочная среда (вода, масло, расплавленная соль) и давление, также определяют результаты закалки.

Закалённая сталь отличается большой хрупкостью, поэтому после закалки её обычно подвергают отпуску. При одной и той же твёрдости сталь, подвергнутая закалке с последующим отпуском, более пластична (следовательно, более работоспособна), чем сталь, подвергнутая медленному охлаждению, при котором происходит распад аустенита на феррит и цементит. Это определяет чрезвычайно широкое использование закалки стали в технике: применение её не только для получения стали с высокой твёрдостью, но и для получения (после соответствующего отпуска) стали со средней и низкой твёрдостью, но обладающей хорошими конструкционными свойствами.

В случае очень высокой скорости охлаждения (в воде) удается полностью подавить диффузионные процессы, происходит только бездиффузионное превращение, которое называется мартенситом. Мартенсит отличается от сорбита и троостита и по структуре и по свойствам. Он представляет собой твердый раствор углерода в -железе, имеет игольчатое строение, обладает высокой твердостью, низкой пластичностью. Особенность его структуры объясняется тем, что при резком охлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора аустенита в виде частичек цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита. Происходит только перестройка решетки -железа в решетку -железа. Атомы углерода остаются в решетке -железа (мартенсита) и поэтому сильно ее искажают.

При температурах, когда диффузия атомов железа сильно замедляется, а атомов углерода протекает сравнительно легко (скорость охлаждения выше, чем при образовании троостита, но недостаточна для получения мартенсита), происходит промежуточное - бейнитное - превращение, для которого характерны особенности как перлитного, так и мартенситного превращений. В результате промежуточного превращения образуется структура, состоящая из смеси -фазы, часто пресыщенной углеродом и карбида (цементита), которая называется бейнит, или игольчатый троостит.

3. ПОНЯТИЕ "ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ" И "ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ"

закалка сталь термический нагрев

Закаливаемость - свойство сталей приобретать при закалке структуру мартенсит и высокую твердость. Чем больше углерода в стали, тем больше твердость и соответственно закаливаемость. Максимальное значение твердости у сталей с содержанием углерода 0.6 - 0.8%.

Закаливаемость определяется главным образом количеством углерода в стали, например при увеличении содержания углерода с 0,3 до 0,7% твёрдость углеродистой стали возрастает с 30 до 65 HRC (дальнейшее увеличение содержания углерода не влечёт за собой роста твёрдости). При содержании углерода меньше 0,4% Закаливаемость повышают легированием стали никелем, марганцем, хромом, кремнием. Закаливаемость следует отличать от прокаливаемости, характеризующей глубину образования мартенсита в структуре стали при закалке.

Прокаливаемость - свойство сталей приобретать при закалке структуру мартенсит и высокую твердость, но в отличие от закаливаемости, учитывается глубина полученной твердости. При быстром охлаждении деталей - скорость охлаждения в сердцевине изделия меньше, чем на поверхности. При закалке деталей большого сечения, например вал диаметром 1 м, мартенсит получается только на поверхности детали, сердцевина не изменяет свою структуру.

Прокаливаемость также зависит от критической скорости закалки стали. Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Углеродистые стали обладают низкой прокаливаемостью, т.к. у них большая критическая скорость закалки. Прокаливаемость можно увеличить, путем введения в состав легирующих компонентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Микроструктура стали имеет несколько составляющих и является неоднородной. Получение нужной структуры входит в область термической обработки. В результате термообработки при изменении температуры нагрева и режима охлаждения получается требуемая микроструктура, что приводит к улучшению физико-механических свойство сплавов.

Благодаря таким процессам добиваются повышения прочности, твердости, износостойкости и обрабатываемости сплава.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Болтон Уильям. Конструктивные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика. Карманный справочник. - М.:"Инфра-М", 2004г.

2. Евстратова Н.Н., Компанеец В.Т. Материаловедение. - М.: Гардарики, 2006г.

3. Журнал "Технологии строительства" №7, 2006 г.

Размещено на Allbest.ru