Trajtimi termik i çelikut është mekanizmi më i fuqishëm për të ndikuar në strukturën dhe vetitë e tij. Ai bazohet në modifikimet e rrjetave kristalore në varësi të lojës së temperaturave. Ferriti, perliti, çimentiti dhe austeniti mund të jenë të pranishëm në një aliazh hekur-karbon në kushte të ndryshme. Ky i fundit luan një rol të madh në të gjitha transformimet termike në çelik.
Përkufizim
Çeliku është një aliazh hekuri dhe karboni, në të cilin përmbajtja e karbonit është teorikisht deri në 2.14%, por teknologjikisht e zbatueshme e përmban atë në një sasi jo më shumë se 1.3%. Prandaj, të gjitha strukturat që formohen në të nën ndikimin e ndikimeve të jashtme janë gjithashtu lloje të lidhjeve.
Teoria paraqet ekzistencën e tyre në 4 variacione: një tretësirë e ngurtë depërtimi, një tretësirë e ngurtë përjashtuese, një përzierje mekanike kokrrizash ose një përbërje kimike.
Austeniti është një tretësirë e ngurtë e depërtimit të atomit të karbonit në rrjetën kristalore kubike të hekurit në qendër të fytyrës, të referuar si γ. Atomi i karbonit futet në zgavrën e grilës γ të hekurit. Dimensionet e tij tejkalojnë poret përkatëse midis atomeve të Fe, gjë që shpjegon kalimin e kufizuar të tyre nëpër "muret" e strukturës kryesore. Formuar në procesetransformimet e temperaturës së ferritit dhe perlitit me rritjen e nxehtësisë mbi 727˚С.
Tagram i lidhjeve hekur-karbon
Një grafik i quajtur diagrami i gjendjes hekur-çimentit, i ndërtuar eksperimentalisht, është një demonstrim i qartë i të gjitha opsioneve të mundshme për transformimet në çelik dhe gizë. Vlerat specifike të temperaturës për një sasi të caktuar karboni në aliazh formojnë pika kritike në të cilat ndodhin ndryshime të rëndësishme strukturore gjatë proceseve të ngrohjes ose ftohjes, ato gjithashtu formojnë linja kritike.
Linja GSE, e cila përmban pikat Ac3 dhe Acm, përfaqëson nivelin e tretshmërisë së karbonit ndërsa nivelet e nxehtësisë rriten.
| Tabela e tretshmërisë së karbonit në austenite kundrejt temperaturës | |||||
| Temperatura, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
|
Tretshmëria e përafërt e C në austenit, % |
0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Veçoritë e edukimit
Austeniti është një strukturë që formohet kur çeliku nxehet. Me arritjen e temperaturës kritike, perliti dhe ferriti formojnë një substancë integrale.
Opsionet e ngrohjes:
- Uniform, derisa të arrihet vlera e kërkuar, ekspozim i shkurtër,ftohje. Në varësi të karakteristikave të aliazhit, austeniti mund të formohet plotësisht ose pjesërisht.
- Rritje e ngad altë e temperaturës, periudhë e gjatë e mbajtjes së nivelit të arritur të nxehtësisë për të përftuar austenitin e pastër.
Vetitë e materialit të nxehtë që rezulton, si dhe ai që do të ndodhë si rezultat i ftohjes. Shumë varet nga niveli i nxehtësisë së arritur. Është e rëndësishme për të parandaluar mbinxehjen ose mbinxehjen.
Mikrostruktura dhe vetitë
Secila nga fazat karakteristike të lidhjeve hekur-karbon ka strukturën e vet të grilave dhe kokrrizave. Struktura e austenitit është lamelare, duke pasur forma të afërta me ato të thepisura dhe të lëmuara. Me tretjen e plotë të karbonit në γ-hekur, kokrrat kanë një formë të lehtë pa praninë e përfshirjeve të cementitit të errët.
Ngurtësia është 170-220 HB. Përçueshmëria termike dhe elektrike janë një renditje e madhësisë më e ulët se ajo e ferritit. Nuk ka veti magnetike.
Variantet e ftohjes dhe shpejtësia e tij çojnë në formimin e modifikimeve të ndryshme të gjendjes "të ftohtë": martensit, bainit, troostit, sorbit, perlit. Ato kanë një strukturë të ngjashme ashkulare, por ndryshojnë në shpërndarjen e grimcave, madhësinë e kokrrizave dhe grimcat e çimentitit.
Efekti i ftohjes në austenite
Zbërthimi i austenitit ndodh në të njëjtat pika kritike. Efektiviteti i tij varet nga faktorët e mëposhtëm:
- Shkalla e ftohjes. Ndikon në natyrën e përfshirjeve të karbonit, në formimin e kokrrave, në formimin e finalesmikrostruktura dhe vetitë e saj. Varet nga mediumi i përdorur si ftohës.
- Prania e një komponenti izotermik në një nga fazat e dekompozimit - kur ulet në një nivel të caktuar të temperaturës, nxehtësia e qëndrueshme mbahet për një periudhë të caktuar kohe, pas së cilës ftohja e shpejtë vazhdon, ose ndodh së bashku me pajisje ngrohëse (furrë).
Kështu, dallohet një transformim i vazhdueshëm dhe izotermik i austenitit.
Veçoritë e karakterit të transformimeve. Grafiku
Grafik në formë C, i cili shfaq natyrën e ndryshimeve në mikrostrukturën e metalit në intervalin kohor, në varësi të shkallës së ndryshimit të temperaturës - ky është diagrami i transformimit të austenitit. Ftohja reale është e vazhdueshme. Vetëm disa faza të mbajtjes së detyruar të nxehtësisë janë të mundshme. Grafiku përshkruan kushtet izotermale.
Karakteri mund të jetë difuzioni dhe jodifuzioni.
Në normat standarde të reduktimit të nxehtësisë, kokrriza e austenitit ndryshon nga difuzioni. Në zonën e paqëndrueshmërisë termodinamike, atomet fillojnë të lëvizin ndërmjet tyre. Ato që nuk kanë kohë të depërtojnë në rrjetën e hekurit formojnë përfshirje çimentiti. Ata janë të bashkuar nga grimcat fqinje të karbonit të çliruara nga kristalet e tyre. Çimentiti formohet në kufijtë e kokrrave të kalbura. Kristalet e ferritit të pastruar formojnë pllakat përkatëse. Formohet një strukturë e shpërndarë - një përzierje kokrrash, madhësia dhe përqendrimi i të cilave varen nga shpejtësia e ftohjes dhe përmbajtja.aliazh karboni. Formohen edhe perliti dhe fazat e ndërmjetme të tij: sorbiti, troostiti, bainiti.
Në shkallë të konsiderueshme të uljes së temperaturës, dekompozimi i austenitit nuk ka karakter difuzioni. Ndodhin shtrembërime komplekse të kristaleve, brenda të cilave të gjithë atomet zhvendosen në të njëjtën kohë në një plan pa ndryshuar vendndodhjen e tyre. Mungesa e difuzionit kontribuon në bërthamimin e martensitit.
Ndikimi i ngurtësimit në karakteristikat e dekompozimit të austenitit. Martensite
Ngurtësimi është një lloj trajtimi termik, thelbi i të cilit është ngrohja e shpejtë në temperatura të larta mbi pikat kritike Ac3 dhe Acm, e ndjekur nga ftohja e shpejtë. Nëse temperatura ulet me ndihmën e ujit me një shpejtësi prej më shumë se 200˚С për sekondë, atëherë formohet një fazë e ngurtë acikulare, e cila quhet martensit.
Është një tretësirë e ngurtë e mbingopur e depërtimit të karbonit në hekur me një rrjetë kristali të tipit α. Për shkak të zhvendosjeve të fuqishme të atomeve, ai shtrembërohet dhe formon një grilë tetragonale, e cila është shkaku i ngurtësimit. Struktura e formuar ka një vëllim më të madh. Si rezultat, kristalet e kufizuar nga rrafshi kompresohen, lindin pllaka në formë gjilpëre.
Martensiti është i fortë dhe shumë i fortë (700-750 HB). Formuar ekskluzivisht si rezultat i shuarjes me shpejtësi të lartë.
Ngurtësim. Strukturat e difuzionit
Austeniti është një formacion nga i cili mund të prodhohen artificialisht bainiti, troostiti, sorbiti dhe perliti. Nëse ftohja e ngurtësimit ndodh nëshpejtësi më të ulëta, kryhen transformime të difuzionit, mekanizmi i tyre është përshkruar më sipër.
Troostiti është perliti, i cili karakterizohet nga një shkallë e lartë dispersioni. Formohet kur nxehtësia ulet me 100˚С për sekondë. Një numër i madh kokrrash të vogla ferriti dhe çimentiti shpërndahen në të gjithë rrafshin. Çimentiti "i ngurtësuar" karakterizohet nga një formë lamelare dhe troostiti i marrë si rezultat i kalitjes së mëvonshme ka një vizualizim të grimcuar. Fortësia - 600-650 HB.
Bainiti është një fazë e ndërmjetme, e cila është një përzierje edhe më e shpërndarë e kristaleve të ferritit me karbon të lartë dhe çimentitit. Për sa i përket vetive mekanike dhe teknologjike, është inferior ndaj martensitit, por tejkalon troostitin. Formohet në intervalet e temperaturës kur difuzioni është i pamundur dhe forcat e ngjeshjes dhe lëvizjes së strukturës kristalore për t'u shndërruar në martensitike nuk janë të mjaftueshme.
Sorbitoli është një varietet i trashë si gjilpërë i fazave të perlitit kur ftohet me një shpejtësi prej 10˚С për sekondë. Vetitë mekanike janë të ndërmjetme midis perlitit dhe troostitit.
Perliti është një kombinim i kokrrave të ferritit dhe çimentitit, të cilat mund të jenë kokrrizore ose lamelare. Formuar si rezultat i prishjes së qetë të austenitit me një shpejtësi ftohjeje prej 1˚C për sekondë.
Beiti dhe troostiti lidhen më shumë me strukturat forcuese, ndërsa sorbiti dhe perliti mund të formohen edhe gjatë kalitjes, pjekjes dhe normalizimit, veçoritë e të cilave përcaktojnë formën e kokrrave dhe madhësinë e tyre.
Efekti i pjekjes nëveçoritë e kalbjes së austenitit
Praktikisht të gjitha llojet e pjekjes dhe normalizimit bazohen në transformimin reciprok të austenitit. Pjekja e plotë dhe jo e plotë zbatohet për çeliqet hipoeutektoide. Pjesët nxehen në furrë mbi pikat kritike Ac3 dhe Ac1 respektivisht. Lloji i parë karakterizohet nga prania e një periudhe të gjatë mbajtjeje, e cila siguron transformimin e plotë: ferrit-austenit dhe perlit-austenit. Kjo pasohet nga ftohja e ngad altë e pjesëve të punës në furrë. Në dalje, përftohet një përzierje e shpërndarë imët e ferritit dhe perlitit, pa strese të brendshme, plastike dhe e qëndrueshme. Pjekja jo e plotë është më pak energji intensive dhe ndryshon vetëm strukturën e perlitit, duke e lënë ferritin praktikisht të pandryshuar. Normalizimi nënkupton një shkallë më të lartë të uljes së temperaturës, por edhe një strukturë më të trashë dhe më pak plastike në dalje. Për lidhjet e çelikut me përmbajtje karboni nga 0,8 deri në 1,3%, pas ftohjes, si pjesë e normalizimit, dekompozimi ndodh në drejtimin: austenite-perlit dhe austenite-çimentit.
Një tjetër lloj trajtimi termik i bazuar në transformimet strukturore është homogjenizimi. Është i aplikueshëm për pjesë të mëdha. Nënkupton arritjen absolute të gjendjes së trashë austenitike në temperaturat 1000-1200 ° C dhe ekspozimin në furrë deri në 15 orë. Proceset izotermike vazhdojnë me ftohje të ngad altë, gjë që ndihmon në njëtrajtimin e strukturave metalike.
Pjekja izotermale
Secila nga metodat e listuara për të ndikuar në metal për të thjeshtuar kuptiminkonsiderohet si një transformim izotermik i austenitit. Sidoqoftë, secila prej tyre vetëm në një fazë të caktuar ka veçori karakteristike. Në realitet, ndryshimet ndodhin me një ulje të vazhdueshme të nxehtësisë, shpejtësia e së cilës përcakton rezultatin.
Një nga metodat më afër kushteve ideale është pjekja izotermale. Thelbi i tij konsiston gjithashtu në ngrohjen dhe mbajtjen deri në dekompozimin e plotë të të gjitha strukturave në austenit. Ftohja zbatohet në disa faza, gjë që kontribuon në një dekompozim më të ngadalshëm, më të gjatë dhe termikisht më të qëndrueshëm.
- Rënia e shpejtë e temperaturës në 100˚C nën pikën Ac1.
- Ruajtja e detyruar e vlerës së arritur (duke vendosur në furrë) për një kohë të gjatë derisa të përfundojnë proceset e formimit të fazave ferrit-perlit.
- Ftohje në ajër të qetë.
Metoda është gjithashtu e zbatueshme për çeliqet e lidhur, të cilët karakterizohen nga prania e austenitit të mbetur në gjendje të ftohur.
Çeliqe austenit dhe austenitikë të mbajtur
Ndonjëherë prishja jo e plotë është e mundur kur ka austenit të mbajtur. Kjo mund të ndodhë në situatat e mëposhtme:
- Ftohje shumë shpejt kur nuk ndodh prishja e plotë. Është një komponent strukturor i bainitit ose martensitit.
- Çeliku me karbon të lartë ose me aliazh të ulët, për të cilin proceset e transformimeve të shpërndara austenitike janë të ndërlikuara. Kërkon metoda speciale të trajtimit të nxehtësisë si homogjenizimi ose pjekja izotermale.
Për aliazh të lartë -nuk ka procese të transformimeve të përshkruara. Lidhja e çelikut me nikel, mangan, krom kontribuon në formimin e austenitit si struktura kryesore e fortë, e cila nuk kërkon ndikime shtesë. Çeliqet austenitike karakterizohen nga qëndrueshmëri e lartë, rezistencë ndaj korrozionit dhe rezistencë ndaj nxehtësisë, rezistencë ndaj nxehtësisë dhe rezistencë ndaj kushteve të vështira agresive të punës.
Austeniti është një strukturë pa formimin e së cilës nuk është e mundur ngrohja e çelikut në temperaturë të lartë dhe që përfshihet pothuajse në të gjitha metodat e trajtimit të tij termik për të përmirësuar vetitë mekanike dhe teknologjike.
