Warmtebehandeling van staal is het krachtigste mechanisme om de structuur en eigenschappen ervan te beïnvloeden. Het is gebaseerd op aanpassingen van kristalroosters, afhankelijk van het spel van temperaturen. Ferriet, perliet, cementiet en austeniet kunnen onder verschillende omstandigheden in een ijzer-koolstoflegering aanwezig zijn. Dit laatste speelt een grote rol bij alle thermische transformaties in staal.
Definitie
Staal is een legering van ijzer en koolstof, waarin het koolstofgeh alte theoretisch tot 2,14% is, maar technologisch toepasbaar bevat het in een hoeveelheid van niet meer dan 1,3%. Dienovereenkomstig zijn alle structuren die erin worden gevormd onder invloed van externe invloeden ook variëteiten van legeringen.
Theorie presenteert hun bestaan in 4 variaties: een penetratie vaste oplossing, een uitsluiting vaste oplossing, een mechanisch mengsel van korrels of een chemische verbinding.
Austenite is een vaste oplossing van koolstofatoompenetratie in het vlakcentrische kubische kristalrooster van ijzer, aangeduid als γ. Het koolstofatoom wordt in de holte van het γ-rooster van ijzer gebracht. De afmetingen overtreffen de corresponderende poriën tussen Fe-atomen, wat de beperkte doorgang ervan door de "muren" van de hoofdstructuur verklaart. Gevormd in processentemperatuurtransformaties van ferriet en perliet met toenemende hitte boven 727˚С.
Kaart van ijzer-koolstoflegeringen
Een grafiek genaamd het ijzer-cementiet toestandsdiagram, experimenteel gebouwd, is een duidelijke demonstratie van alle mogelijke opties voor transformaties in staal en gietijzer. Specifieke temperatuurwaarden voor een bepaalde hoeveelheid koolstof in de legering vormen kritische punten waarop belangrijke structurele veranderingen optreden tijdens verwarmings- of koelprocessen, ze vormen ook kritische lijnen.
De GSE-lijn, die de punten Ac3 en Acm bevat, vertegenwoordigt het niveau van koolstofoplosbaarheid naarmate de warmteniveaus toenemen.
| Tabel van koolstofoplosbaarheid in austeniet versus temperatuur | |||||
| Temperatuur, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
|
Geschatte oplosbaarheid van C in austeniet, % |
0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Kenmerken van het onderwijs
Austenite is een structuur die ontstaat wanneer staal wordt verwarmd. Bij het bereiken van de kritische temperatuur vormen perliet en ferriet een integrale substantie.
Verwarmingsopties:
- Uniform, totdat de gewenste waarde is bereikt, korte belichtingstijd,koeling. Afhankelijk van de eigenschappen van de legering kan austeniet volledig of gedeeltelijk gevormd worden.
- Langzame temperatuurstijging, lange periode van het handhaven van het bereikte warmteniveau om pure austeniet te verkrijgen.
Eigenschappen van het resulterende verwarmde materiaal, evenals dat wat zal plaatsvinden als gevolg van afkoeling. Veel hangt af van het bereikte warmteniveau. Het is belangrijk om oververhitting of oververhitting te voorkomen.
Microstructuur en eigenschappen
Elk van de fasen die kenmerkend zijn voor ijzer-koolstoflegeringen heeft zijn eigen structuur van roosters en korrels. De structuur van austeniet is lamellair, met vormen die zowel naaldvormig als schilferig zijn. Met volledige oplossing van koolstof in γ-ijzer, hebben de korrels een lichte vorm zonder de aanwezigheid van donkere cementietinsluitingen.
Hardheid is 170-220 HB. De thermische en elektrische geleidbaarheid zijn een orde van grootte lager dan die van ferriet. Geen magnetische eigenschappen.
Variaties van afkoeling en de snelheid ervan leiden tot de vorming van verschillende modificaties van de "koude" toestand: martensiet, bainiet, troostiet, sorbiet, perliet. Ze hebben een vergelijkbare naaldvormige structuur, maar verschillen in deeltjesdispersie, korrelgrootte en cementietdeeltjes.
Effect van koeling op austeniet
Ontbinding van austeniet vindt plaats op dezelfde kritische punten. De doeltreffendheid ervan hangt af van de volgende factoren:
- Koelsnelheid. Beïnvloedt de aard van koolstofinsluitingen, de vorming van korrels, de vorming van de finalemicrostructuur en zijn eigenschappen. Hangt af van het medium dat als koelvloeistof wordt gebruikt.
- De aanwezigheid van een isotherme component in een van de stadia van ontbinding - wanneer verlaagd tot een bepaald temperatuurniveau, wordt stabiele warmte gedurende een bepaalde tijd gehandhaafd, waarna de snelle afkoeling doorgaat, of het gebeurt samen met een verwarmingsapparaat (oven).
Er wordt dus een continue en isotherme transformatie van austeniet onderscheiden.
Kenmerken van het karakter van transformaties. Grafiek
C-vormige grafiek, die de aard van veranderingen in de microstructuur van het metaal in het tijdsinterval weergeeft, afhankelijk van de mate van temperatuurverandering - dit is het austeniettransformatiediagram. Echte koeling is continu. Slechts enkele fasen van geforceerd warmtebehoud zijn mogelijk. De grafiek beschrijft isotherme omstandigheden.
Karakter kan diffusie en niet-diffusie zijn.
Bij standaard warmtereductiesnelheden verandert de austenietkorrel door diffusie. In de zone van thermodynamische instabiliteit beginnen atomen onderling te bewegen. Degenen die geen tijd hebben om in het ijzerrooster door te dringen, vormen cementietinsluitingen. Ze worden vergezeld door naburige koolstofdeeltjes die vrijkomen uit hun kristallen. Cementiet wordt gevormd aan de randen van rottende korrels. Gezuiverde ferrietkristallen vormen de overeenkomstige platen. Er wordt een gedispergeerde structuur gevormd - een mengsel van korrels waarvan de grootte en concentratie afhankelijk zijn van de snelheid van afkoelen en de inhoudlegering koolstof. Perliet en zijn tussenfasen worden ook gevormd: sorbiet, troostiet, bainiet.
Bij significante temperatuurdalingen heeft de ontleding van austeniet geen diffusiekarakter. Er treden complexe vervormingen van kristallen op, waarbij alle atomen gelijktijdig in een vlak worden verplaatst zonder van locatie te veranderen. Gebrek aan diffusie draagt bij aan de kiemvorming van martensiet.
Invloed van verharding op de kenmerken van de ontbinding van austeniet. Martensiet
Harden is een vorm van warmtebehandeling, met als essentie het snel opwarmen tot hoge temperaturen boven de kritische punten Ac3 en Acm, gevolgd door snelle afkoeling. Als de temperatuur wordt verlaagd met behulp van water met een snelheid van meer dan 200˚С per seconde, wordt een vaste naaldvormige fase gevormd, die martensiet wordt genoemd.
Het is een oververzadigde vaste oplossing van penetratie van koolstof in ijzer met een kristalrooster van het α-type. Door krachtige verplaatsingen van atomen wordt het vervormd en vormt het een tetragonaal rooster, wat de oorzaak is van verharding. De gevormde structuur heeft een groter volume. Als gevolg hiervan worden de kristallen die door het vlak worden begrensd, samengeperst, naaldachtige platen worden geboren.
Martensite is sterk en zeer hard (700-750 HB). Exclusief gevormd als resultaat van snel afschrikken.
Verharding. Diffusiestructuren
Austeniet is een formatie waaruit bainiet, troostiet, sorbiet en perliet kunstmatig kunnen worden geproduceerd. Als de afkoeling van de uitharding plaatsvindt bijlagere snelheden, diffusietransformaties worden uitgevoerd, hun mechanisme is hierboven beschreven.
Troostite is perliet, dat wordt gekenmerkt door een hoge mate van dispersie. Het wordt gevormd wanneer de hitte 100˚С per seconde afneemt. Een groot aantal kleine korrels ferriet en cementiet is over het hele vlak verdeeld. De "geharde" cementiet wordt gekenmerkt door een lamellaire vorm en de troostiet die wordt verkregen als gevolg van daaropvolgende tempering heeft een korrelige visualisatie. Hardheid - 600-650 HB.
Bainite is een tussenfase, een nog meer verspreid mengsel van kristallen van koolstofrijk ferriet en cementiet. In termen van mechanische en technologische eigenschappen is het inferieur aan martensiet, maar overtreft troostiet. Het wordt gevormd in temperatuurbereiken waarin diffusie onmogelijk is, en de krachten van compressie en beweging van de kristalstructuur voor transformatie in een martensitische zijn niet genoeg.
Sorbitol is een grove naaldachtige variëteit van perlietfasen bij afkoeling met een snelheid van 10 per seconde. Mechanische eigenschappen liggen tussen perliet en troostiet.
Perliet is een combinatie van ferriet- en cementietkorrels, die korrelig of lamellair kunnen zijn. Gevormd als gevolg van het geleidelijke verval van austeniet met een afkoelsnelheid van 1˚C per seconde.
Beitite en troostiet hebben meer te maken met uithardende structuren, terwijl sorbiet en perliet ook kunnen worden gevormd tijdens temperen, gloeien en normaliseren, waarvan de kenmerken de vorm van de korrels en hun grootte bepalen.
Effect van gloeien opkenmerken van austenietverval
Vrijwel alle soorten gloeien en normalisatie zijn gebaseerd op de wederzijdse transformatie van austeniet. Volledige en onvolledige gloeiing wordt toegepast op hypoeutectische staalsoorten. De onderdelen worden in de oven verwarmd tot boven de kritische punten Ac3 respectievelijk Ac1. Het eerste type wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een lange bewaarperiode, die zorgt voor volledige transformatie: ferriet-austeniet en perliet-austeniet. Dit wordt gevolgd door een langzame afkoeling van de werkstukken in de oven. Aan de uitgang wordt een fijn verdeeld mengsel van ferriet en perliet verkregen, zonder interne spanningen, plastisch en duurzaam. Onvolledig gloeien is minder energie-intensief en verandert alleen de structuur van perliet, waardoor ferriet vrijwel onveranderd blijft. Normalisatie impliceert een snellere temperatuurdaling, maar ook een grovere en minder plastische structuur bij de uitgang. Voor staallegeringen met een koolstofgeh alte van 0,8 tot 1,3% vindt bij afkoeling, als onderdeel van normalisatie, ontleding plaats in de richting: austeniet-perliet en austeniet-cementiet.
Een ander type warmtebehandeling op basis van structurele transformaties is homogenisatie. Het is toepasbaar voor grote onderdelen. Het impliceert het absolute bereiken van de austenitische grofkorrelige toestand bij temperaturen van 1000-1200 ° C en blootstelling in de oven gedurende maximaal 15 uur. Isotherme processen gaan door met langzame afkoeling, wat helpt om de metalen structuren te egaliseren.
Isothermische gloeiing
Elk van de vermelde methoden om het metaal te beïnvloeden om het begrip te vereenvoudigenbeschouwd als een isotherme transformatie van austeniet. Elk van hen heeft echter alleen in een bepaald stadium karakteristieke kenmerken. In werkelijkheid vinden veranderingen plaats met een gestage afname van de warmte, waarvan de snelheid het resultaat bepa alt.
Een van de methoden die de ideale omstandigheden het dichtst benadert, is isotherm gloeien. De essentie ervan bestaat ook uit het verwarmen en vasthouden tot de volledige ontbinding van alle structuren in austeniet. De koeling wordt in verschillende fasen uitgevoerd, wat bijdraagt aan een langzamere, langere en meer thermisch stabiele ontleding.
- De snelle temperatuurdaling tot 100˚C onder het Ac-punt1.
- Gedwongen behoud van de bereikte waarde (door plaatsing in de oven) voor een lange tijd totdat de processen van vorming van ferriet-perlietfasen zijn voltooid.
- Koelen in stilstaande lucht.
De methode is ook toepasbaar op gelegeerde staalsoorten, die worden gekenmerkt door de aanwezigheid van restausteniet in gekoelde toestand.
Behouden austeniet en austenitische staalsoorten
Soms is onvolledig verval mogelijk als er austeniet achterblijft. Dit kan gebeuren in de volgende situaties:
- Te snel afkoelen als er geen volledig verval optreedt. Het is een structureel bestanddeel van bainiet of martensiet.
- Koolstofrijk of laaggelegeerd staal, waarvoor de processen van austenitische gedispergeerde transformaties ingewikkeld zijn. Vereist speciale warmtebehandelingsmethoden zoals homogenisatie of isotherme gloeien.
Voor hooggelegeerde -er zijn geen processen van de beschreven transformaties. Het legeren van staal met nikkel, mangaan, chroom draagt bij aan de vorming van austeniet als de belangrijkste sterke structuur, waarvoor geen extra invloeden nodig zijn. Austenitische staalsoorten worden gekenmerkt door hoge sterkte, corrosieweerstand en hittebestendigheid, hittebestendigheid en weerstand tegen moeilijke agressieve werkomstandigheden.
Austenite is een structuur zonder de vorming waarvan geen verhitting op hoge temperatuur van staal mogelijk is en die betrokken is bij bijna alle methoden van zijn warmtebehandeling om mechanische en technologische eigenschappen te verbeteren.
