Влияние температуры на пластичность металла

Влияние температуры на пластичность металла.
Термической обработкой называют процессы, связанные снагревом и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава, и всвязи с этим изменения физических, механических и других свойств.
Термической обработкеподвергают полуфабрикаты (заготовки, поковки, штамповки и т. п.) для улучшенияструктуры, снижения твердости, Улучшения обрабатываемости, и окончательноизготовленные детали и инструмент для придания им требуемых свойств.
В результате термической обработки свойствасплавов могут меняться в очень широких пределах. Например, можно получить любуютвердость стали от 150 до 250 НВ (исходное состояние) до 600-650 НВ (послезакалки). Возможность значительного повышения механических свойств с помощью термическойобработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемыенапряжения, а также уменьшить размеры и вес детали.
Основоположником теории термической обработкиявляется выдающийся русский ученый Д.К. Чернов, который в середине ХIХ в.,наблюдая изменение цвета каления стали при ее нагреве и охлаждении ирегистрируя температуру «на глаз», обнаружил критические точки (точки Чернова).
Советские ученые достигли больших успехов вусовершенствовании уже известных и в разработке новых технологических процессовтермической обработки стали.
В развитии учения о термической обработке, всоздании прогрессивных методов технологии термической обработки советская наукаи практика занимают ведущее место.
Основными видами термической обработки сталиявляются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг стали.
Назначение отжига — снижение твердости, измельчение зерна(перекристаллизация), улучшение обрабатываемости, повышение пластичности ивязкости, снятие внутренних напряжений, устранение или уменьшение структурнойнеоднородности, подготовка к последующей термической обработке.
На результат отжига влияют следующие факторы:
1) скорость нагрева;
2) температура нагрева(отжига);                      
3) продолжительностьвыдержки при температуре нагрева (отжига);
4) скорость охлаждения.
Скорость нагрева. Допустимая скоростьнагрева зависит от химического состава стали. Чем больше в стали углерода испециальных примесей, тем менее она теплопроводна и, следовательно, теммедленнее следует ее нагревать.
Температура нагрева. Температуру нагреваустанавливают в зависимости от содержания углерода и специальных элементов.



Полный отжиг
Полный отжиг характеризуется нагревом на20-30 град выше температуры интервала превращений и медленным охлаждением дотемпературы ниже интервала превращений (обычно до 400 — 5000С).Полному отжигу подвергают доэвтектоидные и эвтектоидную стали. Для заэвтектоидныхсталей целесообразным и практически применимым является неполный отжиг. Полныйотжиг применяют для перекристаллизации структуры в горячодеформированныхсталях и фасонном литье.
Отжиггорячедеформированной стали снижает прочность и повышает пластичность.
Если исходная структура трудно поддаетсяисправлению и полный отжиг не в состоянии улучшить структуру стали, топрименяют двойной отжиг. Первый высокий отжиг проводят при повышеннойтемпературе 950-1000° С.
Неполныйотжиг применяют преимущественно для заэвтектоидиойстали. Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяютдля поковок, горячая обработка давлением которых проведена правильно сполучением удовлетворительной микроструктуры. В этом случае назначениемнеполного отжига является перекристаллизация перлита и снятие внутреннихнапряжений перед механической обработкой. Температура нагрева при неполномотжиге доэвтектоидных сталей 770 — 800о С.
Изотермический отжиг
При изотермическом отжигеаустенит превращается в феррито-цементитнуюсмесь не при охлаждении в определенном интервале температур, как это происходитпри обычном полном отжиге, а вовремя выдержки при постоянной температуре. Дляизотермического отжига сталь нагревают до оптимальной температуры и послевыдержки быстро охлаждают до температуры немного ниже критической точки(650-7000С). При этой температуре сталь выдерживают до полногораспада аустенита, а затем охлаждают на воздухе.Преимуществом изотермического отжига по сравнению с обычным являетсязначительное сокращение времени отжига и получение более однородной структуры.
Температура изотермической выдержкизначительно влияет на получающуюся структуру и свойства. С понижениемтемпературы, т.е. с увеличением степени переохлаждения аустенита,зерна цементита измельчаются, и получается более дисперсный перлит.
Практически изотермический отжиг проводят вдвух печах: в одной печи детали нагревают, затем их переносят в другую печь,имеющую температуру немного ниже.
Низкотемпературный отжиг.
Низкотемпературный отжиг (высокий отпуск)применяют главным образом для легированных сталей (хромистых, хромоникелевых идр.) для снятия внутренних напряжений и для снижения твердости. Фазоваяперекристаллизация при этом виде отжига отсутствует. Полного снятия внутреннихнапряжений достигают при нагреве до 6000С, поэтомунизкотемпературный отжиг можно проводить в температурном интервале от 6000С. Выдержка для снятия внутренних напряжений тем меньше, чем выше температуранагрева. Охлаждение после нагрева должно быть достаточно медленным, чтобы вновьне возникли внутренние напряжения.
Диффузионный отжиг(гомогенизация)
Этот отжиг характеризуется нагревом дотемпературы значительно выше температур интервала превращений (на 180 — 300° С)с последующим медленным охлаждением.
Такой отжиг применяют для выравниванияхимической неоднородности зерен твердого раствора путем диффузии, т.е.уменьшения микроликвации в крупных фасонных стальныхотливках и слитках, главным образом легированной стали.
Диффузионный отжиг в связи с назначением егосделать сталь однородной (гомогенной) иначе называется гомогенизацией.
Так как скорость диффузии увеличивается сповышением температуры, а количество продиффундированноговещества становится тем больше, чем длительнеевыдержка, то для энергичного протекания диффузии необходимы высокая температураи продолжительная выдержка.
Практически слитки нагревают до 1100 — 1150°С, выдерживают при этой температуре 12-15 ч, а затем медленно охлаждают до250-200° С. Процесс диффузионного отжига продолжается около 80-100 ч.
В результате высокотемпературного длительногоотжига происходит рост зерна. Этот недостаток микроструктуры устраняют тем, чтослитки подвергают горячей механической обработке, в результате которойполностью уничтожается крупнозернистая структура литой стали; поэтому послегомогенизации слитки не подвергают отжигу для улучшения структуры.
Только в тех случаях, когда послегомогенизации слитки получаются с повышенной твердостью (например, слиткивысоколегированных сталей), проводят дополнительный низко температурный отжигпри 650-680° С.
НОРМАЛИЗАЦИЯ СТАЛИ
Нормализацией называютнагрев стали до температуры на 30-50 град выше верхних критических точек,выдержку при этой температуре и охлаждение на спокойном воздухе. При нагревенизкоуглеродистых сталей до температур нормализации происходят те же процессы,что и при отжиге, т.е. измельчение зерен. Кроме того, вследствие охлажденияболее быстрого, чем при отжиге, и получающегося в результате этогопереохлаждения, строение перлита более тонкое (дисперсное), и количество эвтектоида (вернее, квазиэвтектоида)больше, чем при медленном охлаждении (при отжиге).
По сравнению со структурой отжига структуранормализации более мелкая, а механические свойства более высокие (повышеннаяпрочность и твердость); это обеспечивается ускоренным охлаждением (на воздухе)по сравнению с медленным охлаждением (вместе с печью) при отжиге.
Еслипри охлаждении на воздухе образуется (в некоторых высоколегированных сталях) неперлит, а мартенсит — структура, характерная для закаленной стали, то такуютермическую обработку называют не нормализацией, а воздушной закалкой.
Закалкой называют нагрев стали вышекритической точки с последующим быстрым охлаждением. Обычно нагрев проводят на30-50 град выше линии GSK на диаграмме железо — цементит.
Назначение закалки — получение высокойтвердости или повышенной прочности. На результат закалки, как и отжига, влияютчетыре основных фактора – скорость нагрева, температура нагрева,продолжительность выдержки и скорость охлаждения.
Основным и решающимфактором является скорость охлаждения — твердость и физико-механическиесвойства стали связаны со скоростью охлаждения.ОТПУСКЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
Отпуском называют нагрев закаленной стали дотемпературы ниже критической точки (7270С) с последующимохлаждением. Целью отпуска является частичное или полное устранение внутреннихнапряжений, снижение твердости и повышение вязкости. Отпуску подвергаютзакаленную сталь со структурой тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита.