Методика выбора интервала температур и скорости охлаждения

Температура закалки для сталей большинства марок определяется положением критических точек А₁ и А₃. Для углеродистых сталей температуру закалки можно определить по диаграмме железо-углерод. Обычно для доэвтектоидной стали она должна быть на 30 - 50°С выше Ас₃, а для заэвтектоидной стали - на 30 - 50°С выше Ас₁.

Превращение аустенита в перлит может начаться, когда свободная энергия перлита окажется меньшей, чем свободная энергия аустенита. Чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение, чем больше разность свободных энергий, тем быстрее происходит превращение. В случае перлитного превращения образуются фазы, резко отличающиеся по составу от исходной: феррит, почти не содержащий углерода, и цементит, содержащий 6,67% С. Поэтому превращение аустенита в перлит сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры, следовательно, с этой точки зрения увеличение переохлаждения должно замедлять превращения.

Итак, мы приходим к важному выводу, что при увеличении переохлаждения (снижения температуры превращения) вступают в борьбу два фактора, прямо противоположно влияющие на скорость превращения.

Снижение температуры, с одной стороны, увеличивает разность свободных энергий аустенита и перлита (ΔF=F_a-F_п), что ускоряет превращение, а с другой, - вызывает уменьшение скорости диффузии углерода D, а это замедляет превращение. Суммарное действие обоих факторов приводит к тому, что вначале с увеличением переохлаждения скорость превращения возрастает, достигает при каком-то значении максимума, а затем убывает.

Разная скорость перлитного превращения при разной степени переохлаждения определяется тем, что подобным образом зависит от степени переохлаждения скорость роста (с. к.) и число образующихся центров (ч. ц.) перлита.

Процесс зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов происходит по времени и может быть изображен в виде так называемой кинетической кривой превращения, показывающей количество образовавшегося перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала превращения.

Начальный период характеризуется весьма малой скоростью превращения - это так называемый инкубационный период, или период инертности.

Скорость превращения зависит от степени переохлаждения. При малых и значительных переохлаждениях превращение происходит медленно, так как малы значения с. к. и ч. ц. (см. рис. 8 серия кинетических кривых, относящихся к разным температурам). Максимум скорости превращения соответствует температуре t₄, дальнейшее снижение температуры приведет уже к уменьшению скорости превращения.

Диаграмма изотермического превращения аустенита, в зависимости от степени переохлаждения показывает время, когда превращение практически не наблюдается, т.е. когда имеем переохлажденный аустенит. Мерой его неустойчивости может служить отрезок от оси ординат до кривой начала превращения при 500-600°С (температура t₄), когда этот отрезок имеет минимальные размеры, т.е. аустенит начинает превращаться в перлит через наиболее короткий промежуток времени.

Линия V₁, характеризующая медленное охлаждение, пересекает линии диаграммы в точках a₁ и b₁. При этих температурах, соответствующих положениям точек a₁ и b₁, и произойдет превращение. Продуктом превращения будет перлит с низкой твердостью (крупнопластинчатый). Графически мы можем определить, что скорость V₁≈0,08°С/сек.

При более быстром охлаждении кривые V₂ и V₃ пересекают линии диаграммы при более низких температурах (точки a₂ и b₂, a₃ и b₃), образуя более дисперсные продукты. Определяем, что скорость V₂≈2°С/сек, а скорость V₃≈22°С/сек.

Из этого построения видно, что чем больше скорость охлаждения, тем при более низкой температуре произойдет превращение, и поэтому тем более дисперсными будут продукты превращения [4].

Зависимость положения критических точек эвтектоиднной стали от скорости охлаждения

При ускорении охлаждения до 50 град/сек распадение аустенита не успевает закончиться, размеры пластинок цементита достигают лишь десятых долей микрона и различимы только при очень больших увеличениях. Такая структура называется сорбитом.

3.2
Анализ технологий термоупрочнения, применяемых на отечественных и зарубежных предприятиях