Die Wärmebehandlung von Stahl ist der stärkste Mechanismus zur Beeinflussung seiner Struktur und Eigenschaften. Es basiert auf Modifikationen von Kristallgittern in Abhängigkeit vom Temperaturspiel. Ferrit, Perlit, Zementit und Austenit können unter verschiedenen Bedingungen in einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung vorhanden sein. Letzteres spielt bei allen thermischen Umwandlungen in Stahl eine große Rolle.
Definition
Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, in der der Kohlenstoffgeh alt theoretisch bis zu 2,14 % beträgt, aber technologisch anwendbar in einer Menge von nicht mehr als 1,3 % enth alten ist. Dementsprechend sind alle Strukturen, die sich darin unter dem Einfluss äußerer Einflüsse bilden, auch Legierungsvarianten.
Die Theorie stellt ihre Existenz in 4 Variationen dar: ein Durchdringungsmischkristall, ein Ausschlussmischkristall, eine mechanische Mischung von Körnern oder eine chemische Verbindung.
Austenit ist eine feste Lösung des Eindringens von Kohlenstoffatomen in das flächenzentrische kubische Kristallgitter von Eisen, das als γ bezeichnet wird. Das Kohlenstoffatom wird in den Hohlraum des γ-Gitters von Eisen eingeführt. Seine Abmessungen übersteigen die entsprechenden Poren zwischen Fe-Atomen, was den begrenzten Durchgang von ihnen durch die "Wände" der Hauptstruktur erklärt. Entstanden in ProzessenTemperaturumwandlungen von Ferrit und Perlit bei zunehmender Hitze über 727˚С.
Diagramm der Eisen-Kohlenstoff-Legierungen
Ein Graph namens Eisen-Zementit-Zustandsdiagramm, der experimentell erstellt wurde, ist eine klare Demonstration aller möglichen Optionen für Umwandlungen in Stählen und Gusseisen. Bestimmte Temperaturwerte für einen bestimmten Kohlenstoffgeh alt in der Legierung bilden kritische Punkte, an denen bei Erwärmungs- oder Abkühlungsprozessen wichtige Gefügeänderungen auftreten, sie bilden auch kritische Linien.
Die GSE-Linie, die die Punkte Ac3 und Acm enthält, repräsentiert den Grad der Kohlenstofflöslichkeit bei steigender Hitze.
| Tabelle der Kohlenstofflöslichkeit in Austenit in Abhängigkeit von der Temperatur | |||||
| Temperatur, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
|
Ungefähre Löslichkeit von C in Austenit, % |
0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Bildungsmerkmale
Austenit ist eine Struktur, die entsteht, wenn Stahl erhitzt wird. Beim Erreichen der kritischen Temperatur bilden Perlit und Ferrit eine feste Substanz.
Heizoptionen:
- Gleichmäßig, bis der gewünschte Wert erreicht ist, kurze Belichtungszeit,Kühlung. Abhängig von den Eigenschaften der Legierung kann Austenit vollständig oder teilweise gebildet sein.
- Langsamer Temperaturanstieg, langes Aufrechterh alten des erreichten Wärmeniveaus, um reinen Austenit zu erh alten.
Eigenschaften des resultierenden erhitzten Materials sowie derjenigen, die als Ergebnis der Abkühlung stattfinden. Viel hängt von der erreichten Hitze ab. Es ist wichtig, eine Überhitzung oder Überhitzung zu vermeiden.
Mikrostruktur und Eigenschaften
Jede der für Eisen-Kohlenstoff-Legierungen charakteristischen Phasen hat ihre eigene Struktur aus Gittern und Körnern. Die Struktur von Austenit ist lamellar und hat Formen, die sowohl nadelförmig als auch schuppig sind. Bei vollständiger Auflösung des Kohlenstoffs im γ-Eisen haben die Körner eine helle Form ohne das Vorhandensein dunkler Zementiteinschlüsse.
Härte ist 170-220 HB. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit sind um eine Größenordnung niedriger als die von Ferrit. Keine magnetischen Eigenschaften.
Abkühlungsvarianten und deren Geschwindigkeit führen zur Bildung verschiedener Modifikationen des "k alten" Zustands: Martensit, Bainit, Troostit, Sorbit, Perlit. Sie haben eine ähnliche nadelförmige Struktur, unterscheiden sich jedoch in Partikelverteilung, Korngröße und Zementitpartikeln.
Einfluss der Abkühlung auf Austenit
Zersetzung von Austenit findet an den gleichen kritischen Punkten statt. Seine Wirksamkeit hängt von folgenden Faktoren ab:
- Kühlrate. Beeinflusst die Art der Kohlenstoffeinschlüsse, die Bildung von Körnern, die Bildung des FinalesMikrostruktur und ihre Eigenschaften. Hängt vom Medium ab, das als Kühlmittel verwendet wird.
- Das Vorhandensein einer isothermen Komponente in einer der Zersetzungsstufen - wenn auf ein bestimmtes Temperaturniveau abgesenkt, wird eine stabile Wärme für einen bestimmten Zeitraum aufrechterh alten, wonach die schnelle Abkühlung fortgesetzt wird oder zusammen mit a Heizgerät (Ofen).
Daher wird eine kontinuierliche und isotherme Umwandlung des Austenits unterschieden.
Merkmale des Charakters von Transformationen. Diagramm
C-förmiges Diagramm, das die Art der Änderungen in der Mikrostruktur des Metalls im Zeitintervall in Abhängigkeit vom Grad der Temperaturänderung darstellt - dies ist das Austenit-Umwandlungsdiagramm. Echte Kühlung ist kontinuierlich. Es sind nur einige Phasen der erzwungenen Warmh altung möglich. Die Grafik beschreibt isotherme Bedingungen.
Charakter kann verbreitet und nicht verbreitet sein.
Bei Standard-Warmreduzierraten verändert sich das Austenitkorn durch Diffusion. In der Zone der thermodynamischen Instabilität beginnen sich Atome untereinander zu bewegen. Diejenigen, die keine Zeit haben, in das Eisengitter einzudringen, bilden Zementiteinschlüsse. Sie werden durch benachbarte Kohlenstoffpartikel verbunden, die aus ihren Kristallen freigesetzt werden. Zementit entsteht an den Grenzen zerfallender Körner. Gereinigte Ferritkristalle bilden die entsprechenden Platten. Es bildet sich eine dispergierte Struktur - eine Mischung von Körnern, deren Größe und Konzentration von der Geschwindigkeit des Abkühlens und dem Inh alt abhängenlegierter Kohlenstoff. Auch Perlit und seine Zwischenphasen werden gebildet: Sorbit, Troostit, Bainit.
Bei starker Temperaturabnahme hat die Zersetzung von Austenit keinen Diffusionscharakter. Es treten komplexe Verzerrungen von Kristallen auf, bei denen alle Atome gleichzeitig in einer Ebene verschoben werden, ohne ihre Position zu ändern. Fehlende Diffusion trägt zur Keimbildung von Martensit bei.
Einfluss der Härtung auf die Eigenschaften der Zersetzung von Austenit. Martensit
Härten ist eine Art Wärmebehandlung, deren Kern die schnelle Erwärmung auf hohe Temperaturen oberhalb der kritischen Punkte Ac3 und Acm ist, gefolgt von schneller Abkühlung. Wenn die Temperatur mit Hilfe von Wasser mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200˚С pro Sekunde gesenkt wird, bildet sich eine feste nadelförmige Phase, die als Martensit bezeichnet wird.
Es ist eine übersättigte feste Lösung des Eindringens von Kohlenstoff in Eisen mit einem Kristallgitter vom α-Typ. Aufgrund starker Atomverschiebungen wird es verzerrt und bildet ein tetragonales Gitter, das die Ursache für die Verhärtung ist. Die gebildete Struktur hat ein größeres Volumen. Dadurch werden die von der Ebene begrenzten Kristalle komprimiert, nadelartige Platten entstehen.
Martensit ist stark und sehr hart (700-750 HB). Ausschließlich durch Hochgeschwindigkeitsabschrecken entstanden.
Härtung. Diffusionsstrukturen
Austenit ist eine Formation, aus der Bainit, Troostit, Sorbit und Perlit künstlich hergestellt werden können. Wenn die Abkühlung der Härtung an trittbei niedrigeren Geschwindigkeiten finden Diffusionsumwandlungen statt, deren Mechanismus oben beschrieben ist.
Troostite ist Perlit, das sich durch einen hohen Dispersionsgrad auszeichnet. Es entsteht, wenn die Wärme um 100˚С pro Sekunde abnimmt. Eine große Anzahl kleiner Ferrit- und Zementitkörner ist über die gesamte Ebene verteilt. Der „erhärtete“Zementit zeichnet sich durch eine lamellare Form aus, und der durch anschließendes Tempern erh altene Troostit hat eine körnige Sichtbarmachung. Härte - 600-650 HB.
Bainit ist eine Zwischenphase, die eine noch stärker dispergierte Mischung aus Kristallen aus kohlenstoffreichem Ferrit und Zementit ist. In Bezug auf die mechanischen und technologischen Eigenschaften ist es Martensit unterlegen, übertrifft jedoch Troostit. Es wird in Temperaturbereichen gebildet, in denen eine Diffusion unmöglich ist und die Kräfte der Kompression und Bewegung der Kristallstruktur für die Umwandlung in eine martensitische Struktur nicht ausreichen.
Sorbitol ist eine grobe, nadelartige Vielf alt von Perlitphasen, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 10˚С pro Sekunde abgekühlt wird. Die mechanischen Eigenschaften liegen zwischen Perlit und Troostit.
Perlit ist eine Kombination aus Ferrit- und Zementitkörnern, die körnig oder lamellar sein können. Gebildet als Ergebnis des glatten Zerfalls von Austenit mit einer Abkühlungsrate von 1˚C pro Sekunde.
Beitit und Troostit sind eher mit Härtungsstrukturen verwandt, während beim Anlassen, Glühen und Normalisieren auch Sorbit und Perlit entstehen können, deren Eigenschaften die Form der Körner und ihre Größe bestimmen.
Auswirkung des Glühens aufMerkmale des Austenitzerfalls
Praktisch alle Arten des Glühens und Normalisierens beruhen auf der wechselseitigen Umwandlung von Austenit. Untereutektoide Stähle werden vollständig und unvollständig geglüht. Die Teile werden im Ofen über die kritischen Punkte Ac3 bzw. Ac1 erhitzt. Der erste Typ ist durch das Vorhandensein einer langen H altezeit gekennzeichnet, die eine vollständige Umwandlung gewährleistet: Ferrit-Austenit und Perlit-Austenit. Anschließend erfolgt eine langsame Abkühlung der Werkstücke im Ofen. Am Ausgang entsteht ein feindisperses Gemisch aus Ferrit und Perlit, ohne Eigenspannungen, plastisch und langlebig. Unvollständiges Glühen ist weniger energieintensiv und verändert nur die Struktur von Perlit, wobei Ferrit praktisch unverändert bleibt. Die Normalisierung impliziert eine höhere Temperaturabnahmerate, aber auch eine gröbere und weniger plastische Struktur am Ausgang. Bei Stahllegierungen mit einem Kohlenstoffgeh alt von 0,8 bis 1,3 % erfolgt beim Abkühlen im Rahmen der Normalisierung eine Zersetzung in Richtung: Austenit-Perlit und Austenit-Zementit.
Eine weitere Art der Wärmebehandlung auf Basis von Gefügeumwandlungen ist die Homogenisierung. Es ist für große Teile anwendbar. Es bedeutet das absolute Erreichen des austenitischen grobkörnigen Zustands bei Temperaturen von 1000-1200 ° C und einer Aussetzung im Ofen für bis zu 15 Stunden. Isotherme Prozesse werden mit langsamer Abkühlung fortgesetzt, wodurch die Metallstrukturen ausgeglichen werden.
Isothermes Glühen
Jede der aufgeführten Methoden zur Beeinflussung des Metalls vereinfacht das Verständnisals isotherme Umwandlung von Austenit betrachtet. Jeder von ihnen weist jedoch nur zu einem bestimmten Zeitpunkt charakteristische Merkmale auf. In Wirklichkeit treten Veränderungen bei stetig abnehmender Wärme auf, deren Geschwindigkeit das Ergebnis bestimmt.
Eine Methode, die idealen Bedingungen am nächsten kommt, ist das isotherme Glühen. Sein Wesen besteht auch im Erhitzen und H alten bis zur vollständigen Zersetzung aller Strukturen in Austenit. Die Kühlung erfolgt in mehreren Stufen, was zu einer langsameren, längeren und thermisch stabileren Zersetzung beiträgt.
- Der schnelle Temperaturabfall auf 100˚C unter den Ac-Punkt1.
- Forcierte Beibeh altung des erreichten Wertes (durch Einlegen in den Ofen) für lange Zeit, bis die Prozesse der Bildung von Ferrit-Perlit-Phasen abgeschlossen sind.
- Kühlung in ruhender Luft.
Das Verfahren ist auch auf legierte Stähle anwendbar, die durch das Vorhandensein von Restaustenit im abgekühlten Zustand gekennzeichnet sind.
Restaustenit und austenitische Stähle
Manchmal ist ein unvollständiger Zerfall möglich, wenn Restaustenit vorhanden ist. Dies kann in folgenden Situationen passieren:
- Kühlung zu schnell, wenn kein vollständiger Zerfall stattfindet. Es ist ein Strukturbestandteil von Bainit oder Martensit.
- Kohlenstoffreicher oder niedrig legierter Stahl, für den die Prozesse der austenitischen dispergierten Umwandlungen kompliziert sind. Erfordert spezielle Wärmebehandlungsverfahren wie Homogenisieren oder isothermes Glühen.
Für hochlegierte -es gibt keine Prozesse der beschriebenen Transformationen. Das Legieren von Stahl mit Nickel, Mangan und Chrom trägt zur Bildung von Austenit als der wichtigsten starken Struktur bei, die keine zusätzlichen Einflüsse erfordert. Austenitische Stähle zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Beständigkeit gegen schwierige aggressive Arbeitsbedingungen aus.
Austenit ist ein Gefüge, ohne dessen Entstehung keine Hochtemperaturerwärmung von Stahl möglich ist und das bei fast allen Methoden seiner Wärmebehandlung zur Verbesserung der mechanisch-technologischen Eigenschaften beteiligt ist.
