Xử lý nhiệt thép là cơ chế ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến cấu trúc và đặc tính của nó. Nó dựa trên sự thay đổi của mạng tinh thể tùy thuộc vào nhiệt độ. Ferit, ngọc trai, ximăng, và austenit có thể có trong hợp kim sắt-cacbon trong các điều kiện khác nhau. Chất sau đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các quá trình biến đổi nhiệt trong thép.
Định nghĩa
Thép là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó hàm lượng cacbon về mặt lý thuyết lên đến 2,14%, nhưng về mặt công nghệ áp dụng hàm lượng này không quá 1,3%. Do đó, tất cả các cấu trúc được hình thành trong nó dưới tác động của các tác động bên ngoài cũng là các loại hợp kim.
Lý thuyết trình bày sự tồn tại của chúng theo 4 biến thể: dung dịch rắn thâm nhập, dung dịch rắn loại trừ, hỗn hợp cơ học của các loại ngũ cốc hoặc hợp chất hóa học.
Austenit là một dung dịch rắn của sự thâm nhập của nguyên tử cacbon vào mạng tinh thể lập phương tâm mặt của sắt, được gọi là γ. Nguyên tử cacbon được đưa vào khoang của mạng tinh thể sắt. Kích thước của nó vượt quá các lỗ rỗng tương ứng giữa các nguyên tử Fe, điều này giải thích sự hạn chế của chúng qua các "bức tường" của cấu trúc chính. Được hình thành trong các quy trìnhsự biến đổi nhiệt độ của ferit và đá trân châu khi tăng nhiệt trên 727˚С.
Biểu đồ hợp kim sắt-cacbon
Một biểu đồ được gọi là biểu đồ trạng thái sắt-xi măng, được xây dựng bằng thực nghiệm, là một minh chứng rõ ràng về tất cả các phương án có thể có đối với các phép biến đổi trong thép và gang. Các giá trị nhiệt độ cụ thể đối với một lượng cacbon nhất định trong hợp kim tạo thành các điểm tới hạn mà tại đó các thay đổi cấu trúc quan trọng xảy ra trong quá trình gia nhiệt hoặc làm mát, chúng cũng tạo thành các đường tới hạn.
Đường GSE, chứa các điểm Ac3và Acm, biểu thị mức độ hòa tan cacbon khi mức nhiệt tăng lên.
| Bảng độ hòa tan của cacbon trong austenit so với nhiệt độ | |||||
| Nhiệt độ, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Độ hòa tan gần đúng của C trong austenit,% | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Đặc điểm của giáo dục
Austenit là một cấu trúc hình thành khi thép được nung nóng. Khi đạt đến nhiệt độ tới hạn, ngọc trai và ferit tạo thành một chất không thể tách rời.
Tùy chọn sưởi ấm:
- Đồng phục, cho đến khi đạt được giá trị yêu cầu, thời gian phơi sáng ngắn,làm mát. Tùy thuộc vào đặc tính của hợp kim, Austenit có thể được hình thành hoàn toàn hoặc hình thành một phần.
- Nhiệt độ tăng chậm, thời gian dài duy trì mức nhiệt đạt được để thu được Austenit tinh khiết.
Các đặc tính của vật liệu được nung nóng, cũng như tính chất sẽ diễn ra do quá trình làm lạnh. Phụ thuộc nhiều vào mức nhiệt đạt được. Điều quan trọng là tránh quá nhiệt hoặc quá nóng.
Cấu trúc vi mô và tính chất
Mỗi pha đặc trưng của hợp kim sắt-cacbon có cấu trúc mạng và hạt riêng. Cấu trúc của Austenit là dạng phiến, có hình dạng gần giống dạng hạt và dạng vảy. Với sự hòa tan hoàn toàn của cacbon trong γ-sắt, các hạt có hình dạng sáng mà không có tạp chất xi măng sẫm màu.
Độ cứng là 170-220 HB. Độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện thấp hơn độ lớn của ferit. Không có đặc tính từ tính.
Các biến thể của quá trình nguội và tốc độ của nó dẫn đến sự hình thành các biến đổi khác nhau của trạng thái "lạnh": mactenxit, bainit, troostit, sorbite, đá trân châu. Chúng có cấu trúc dạng thấu kính giống nhau, nhưng khác nhau về độ phân tán hạt, kích thước hạt và các hạt xi măng.
Tác dụng làm nguội austenit
Sự phân hủy của Austenit xảy ra ở cùng các điểm tới hạn. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tốc độ làm mát. Ảnh hưởng đến bản chất của bao gồm carbon, sự hình thành của các loại ngũ cốc, sự hình thành của hạt cuối cùngcấu trúc vi mô và các đặc tính của nó. Phụ thuộc vào môi trường được sử dụng làm chất làm mát.
- . thiết bị gia nhiệt (lò).
Vì vậy, sự chuyển đổi liên tục và đẳng nhiệt của austenit được phân biệt.
Tính năng của nhân vật biến hình. Biểu đồ
Biểu đồ hình chữ C, hiển thị bản chất của những thay đổi trong cấu trúc vi mô của kim loại trong khoảng thời gian, tùy thuộc vào mức độ thay đổi nhiệt độ - đây là sơ đồ biến đổi Austenit. Làm lạnh thực sự là liên tục. Chỉ một số giai đoạn giữ nhiệt cưỡng bức là có thể thực hiện được. Biểu đồ mô tả các điều kiện đẳng nhiệt.
Nhân vật có thể khuếch tán và không khuếch tán.
Ở tốc độ giảm nhiệt tiêu chuẩn, hạt austenit thay đổi bằng cách khuếch tán. Trong vùng không ổn định nhiệt động lực học, các nguyên tử bắt đầu chuyển động giữa chúng với nhau. Những chất không có thời gian thâm nhập vào mạng tinh thể sắt sẽ tạo thành các thể vùi xi măng. Chúng được tham gia bởi các hạt carbon lân cận được giải phóng từ tinh thể của chúng. Xi măng được hình thành ở ranh giới của các hạt đang phân hủy. Các tinh thể ferit tinh khiết tạo thành các tấm tương ứng. Một cấu trúc phân tán được hình thành - một hỗn hợp các loại hạt, kích thước và nồng độ của chúng phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và hàm lượnghợp kim cacbon. Perlite và các pha trung gian của nó cũng được hình thành: sorbite, troostit, bainite.
Ở tốc độ giảm nhiệt độ đáng kể, sự phân hủy của austenit không có tính chất khuếch tán. Sự biến dạng phức tạp của các tinh thể xảy ra, trong đó tất cả các nguyên tử được dịch chuyển đồng thời trong một mặt phẳng mà không thay đổi vị trí của chúng. Sự thiếu khuếch tán góp phần tạo ra mactenxit.
Ảnh hưởng của sự đông cứng đến các đặc điểm của quá trình phân hủy Austenit. Mactenxit
Làm cứng là một loại xử lý nhiệt, bản chất của nó là gia nhiệt nhanh chóng đến nhiệt độ cao trên các điểm tới hạn Ac3và Acm, tiếp theo là làm lạnh nhanh chóng. Nếu nhiệt độ được hạ xuống với sự trợ giúp của nước với tốc độ hơn 200˚С mỗi giây, thì một pha rắn có dạng thấu kính được hình thành, được gọi là mactenxit.
Nó là một dung dịch rắn siêu bão hòa về sự xâm nhập của cacbon vào sắt với mạng tinh thể kiểu α. Do sự dịch chuyển mạnh mẽ của các nguyên tử, nó bị biến dạng và tạo thành mạng tứ giác, đây là nguyên nhân gây ra hiện tượng cứng. Cấu trúc hình thành có khối lượng lớn hơn. Kết quả là, các tinh thể bao quanh mặt phẳng bị nén lại, các tấm hình kim được sinh ra.
Mactenxit mạnh và rất cứng (700-750 HB). Được hình thành độc quyền là kết quả của quá trình dập tắt tốc độ cao.
Làm cứng. Cấu trúc khuếch tán
Austenit là một thành phần mà từ đó bainit, troostit, sorbite và đá trân châu có thể được sản xuất nhân tạo. Nếu quá trình nguội của quá trình đông cứng xảy ra tạitốc độ thấp hơn, chuyển đổi khuếch tán được thực hiện, cơ chế của chúng được mô tả ở trên.
Troostite là đá trân châu, có đặc điểm là mức độ phân tán cao. Nó được hình thành khi nhiệt giảm 100˚С mỗi giây. Một số lượng lớn các hạt ferit và ximăng nhỏ phân bố trên toàn bộ mặt phẳng. Xi măng "cứng" được đặc trưng bởi một dạng phiến, và troostit thu được do quá trình ủ tiếp theo có hình ảnh dạng hạt. Độ cứng - 600-650 HB.
Bainite là pha trung gian, là một hỗn hợp phân tán nhiều hơn của các tinh thể ferit cacbon cao và ximăng. Về cơ tính và tính chất công nghệ, nó kém hơn mactenxit, nhưng vượt xa troostit. Nó được hình thành trong phạm vi nhiệt độ khi không thể khuếch tán được, và lực nén và chuyển động của cấu trúc tinh thể để biến đổi thành mactenxit là không đủ.
Sorbitol là một dạng pha ngọc trai thô giống như kim khi được làm lạnh với tốc độ 10˚С mỗi giây. Tính chất cơ học là trung gian giữa ngọc trai và troostit.
Perlite là sự kết hợp của các hạt ferit và xi măng, có thể ở dạng hạt hoặc dạng phiến. Được hình thành do sự phân rã mịn của austenit với tốc độ làm lạnh 1˚C mỗi giây.
Beitite và troostite có liên quan nhiều hơn đến cấu trúc cứng, trong khi sorbite và đá trân châu cũng có thể được hình thành trong quá trình ủ, ủ và chuẩn hóa, các đặc điểm này quyết định hình dạng của hạt và kích thước của chúng.
Tác dụng của việc ủtính năng phân rã austenite
Thực tế tất cả các loại ủ và chuẩn hóa đều dựa trên sự chuyển hóa tương hỗ của austenite. Ủ toàn bộ và không hoàn toàn được áp dụng cho thép hypoeutectoid. Các bộ phận được nung nóng trong lò ở trên các điểm tới hạn lần lượt là Ac3và Ac1. Loại đầu tiên được đặc trưng bởi sự hiện diện của thời gian giữ lâu, đảm bảo sự biến đổi hoàn toàn: ferit-austenit và ngọc trai-austenit. Tiếp theo là quá trình làm nguội chậm các phôi trong lò. Ở đầu ra, hỗn hợp ferit và ngọc trai được phân tán mịn thu được, không có ứng suất bên trong, dẻo và bền. Quá trình ủ không hoàn toàn tiêu tốn ít năng lượng hơn và chỉ làm thay đổi cấu trúc của ngọc trai, khiến ferit hầu như không thay đổi. Bình thường hóa có nghĩa là tốc độ giảm nhiệt độ cao hơn, nhưng cũng có cấu trúc thô hơn và ít dẻo hơn ở lối ra. Đối với hợp kim thép có hàm lượng cacbon từ 0,8 đến 1,3%, khi làm nguội, như một phần của quá trình chuẩn hóa, sự phân hủy xảy ra theo hướng: Austenit-ngọc trai và Austenit-xi măng.
Một kiểu xử lý nhiệt khác dựa trên sự biến đổi cấu trúc là đồng nhất hóa. Nó có thể áp dụng cho các bộ phận lớn. Nó ngụ ý đạt được tuyệt đối trạng thái hạt thô Austenit ở nhiệt độ 1000-1200 ° C và phơi trong lò lên đến 15 giờ. Quá trình đẳng nhiệt tiếp tục với quá trình làm lạnh chậm, giúp làm đều các cấu trúc kim loại.
ủ đẳng nhiệt
Từng phương pháp tác động lên kim loại được liệt kê để đơn giản hóa sự hiểu biếtcoi như một quá trình biến đổi đẳng nhiệt của Austenit. Tuy nhiên, mỗi loại chỉ ở một giai đoạn nhất định mới có những nét đặc trưng. Trong thực tế, những thay đổi xảy ra với sự giảm nhiệt ổn định, tốc độ của nó quyết định kết quả.
Một trong những phương pháp gần với điều kiện lý tưởng nhất là ủ đẳng nhiệt. Bản chất của nó cũng bao gồm việc gia nhiệt và giữ cho đến khi phân hủy hoàn toàn tất cả các cấu trúc thành Austenit. Việc làm lạnh được thực hiện theo nhiều giai đoạn, góp phần làm cho quá trình phân hủy chậm hơn, lâu hơn và ổn định hơn về nhiệt.
- Nhiệt độ giảm nhanh xuống 100˚C dưới điểm Ac1.
- Buộc duy trì giá trị đạt được (bằng cách đặt trong lò) trong một thời gian dài cho đến khi quá trình hình thành các pha ferit-ngọc trai hoàn thành.
- Làm mát trong không khí tĩnh.
Phương pháp này cũng có thể áp dụng cho thép hợp kim, được đặc trưng bởi sự hiện diện của austenit dư ở trạng thái nguội.
Thép Austenit và thép Austenit giữ lại
Đôi khi có thể xảy ra sự phân rã không hoàn toàn khi có austenit được giữ lại. Điều này có thể xảy ra trong các trường hợp sau:
- Làm nguội quá nhanh khi không xảy ra sự phân hủy hoàn toàn. Nó là một thành phần cấu trúc của bainit hoặc mactenxit.
- Thép cacbon cao hoặc hợp kim thấp, mà quá trình biến đổi phân tán Austenit rất phức tạp. Yêu cầu các phương pháp xử lý nhiệt đặc biệt như đồng nhất hóa hoặc ủ đẳng nhiệt.
Đối với hợp kim cao -không có quá trình của các phép biến đổi được mô tả. Hợp kim thép với niken, mangan, crom góp phần hình thành Austenit là cấu trúc mạnh chính mà không cần ảnh hưởng bổ sung. Thép Austenit được đặc trưng bởi độ bền cao, chống ăn mòn và chịu nhiệt, chịu nhiệt và chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt khó khăn.
Austenit là một cấu trúc không có sự hình thành nên không thể nung thép ở nhiệt độ cao và có liên quan đến hầu hết các phương pháp xử lý nhiệt để cải thiện các tính chất cơ học và công nghệ.