Смекни!
smekni.com

Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15 (стр. 11 из 12)

Перлітна область поширюється на інтервали температур від критично т. Ас

до температури  550ºС. Розпад аустеніту – дифузійний процес, який розвивається в результаті неоднорідності розподілу вуглецю в аустеніті.

Перліт – продукт евтектоїдного розпаду аустеніту, який утворюється при температурі 650-700ºС.

Якщо аустеніт переохолоджено до температури 600-650ºС і при цих температурах він розпадається, то утворюється перліт (до 520ºС).

Твердість сталі при цьому складає 284 HV. По мірі зменшення температури ізотермічної витримки від 700 до 550ºС твердість сталі збільшується від 284 до 379 HV. Це пов’язано із збільшенням дисперсності структури.

Бейніт не перетворення розвивається при переохолодженні аустеніту нижче 520ºС до т.Мн = 245ºС. У бейніт ній області заторможена дифузія вуглецю і тим більше, чим нижча температура.

При ізотермічній витримці при температурі 450ºС тривалістю 8 секунд із переохолодженого аустеніту виділяється верхній бейніт (ВБ), який має перистий вигляд. Структуру після ізотермічної витримки при температурі 450ºС наведено на рисунку 2.17,б. Після ізотермічної при температурі 300ºС структура складається із нижнього бейніту (НБ) (рисунок 2.17,в).

Характерною особлитвістю мартенситного перетворення є його бездифузійний характер. При більшому переохолодженні вуглець виділяється із аустеніту у вигляді часток цементиту. Решітка

- Fe перебудовується в решітку
- Fe. В результаті отримуємо пересичений твердий розчин вуглецю в
- Fe (мартенсіт) [8]. Мартенситне перетворення в сталі ШХ15 починається в т.Мн = 245ºС.

Критична швидкість – мінімальна швидкість охолодження, яка забезпечує переохолодження аустеніту без розпаду до точки мартенситного перетворення (рисунок 3.16).

V

=
=
= 22,5 ºС/сек.

1,5 – коефіцієнт, який враховує, що при безперервному охолодженні криві початку розпаду аустеніту зміщені вправо і вниз.

Аналіз процесів, які відбуваються при безперервному охолодженні переохолодженого аустеніту сталі ШХ15 проводять на термокінетичній діаграмі розпаду переохолодженого аустеніту.

Термокінетична діаграма – це діаграма розпаду переохолодженого аустеніту, на яку нанесено криві охолодження у різних середовищах. За допомогою термокінетичної діаграми можна простежити вплив швидкості охолодження на структуру та якість сталі.

Розглянемо перетворення, які відбуваються при швидкостях охолодження V

– V
. При повільному охолодженні зі швидкостями V
– V
, тобто при незначних переохолодженнях із переохолодженого аустеніту виділяється перліт. По закінченні перетворення сталь ШХ15 має структуру перліту. При збільшенні швидкості охолодження (V
– V
) аустеніт знаходиться у стійкому стані до т.Мн = 245ºС. Нижче т.Мн аустеніт перетворюється у мартенсит, тобто проходить гартування сталі.

Структура сталі ШХ15 після гартування складається із мартенситу, залишкового аустеніту і карбідів. Твердість сталі буде складати 60-65HRC.

Мартенсит є частково впорядкованим пересиченим твердим розчином впровадження вуглецю в

-залізі.

Мартенситне перетворення відбувається в тому випадку, якщо швидким охолодженням аустеніт переохолоджено до т.Мн = 245ºС, при якій дифузійні процеси стають неможливими. Чим нижче температура, тим більше утворюється мартенсіта. Кількість мартенсіта при цьому зростає в результаті утворення нових кристалів. При досягненні певної температури перетворення аустеніта в мартенсіт зупиняється. Положення точок Мн и Мк не залежить від швидкості охолодження і обумовлено хімічним складом аустеніта. Чим більше в аустеніті вуглецю, тим нижче температура точок Мн і Мк.

Мартенситне перетворення дуже чутливе к напругам, а деформація аустеніта може викликати перетворення навіть при температурах вище Мн (мартенсіт деформації) [7].

Мартенситне перетворення полягає в закономірній перебудові кристалічної гратки, при якій атомі не обмінюються своїми місцями, а зміщуються на відстань, що не перевищує міжатомну (за Г.В. Курдюмовим). В наслідок викривлення кристалічної гратки мартенсит володіє високою твердістю і низькою пластичністю.

Мартенситне перетворення носить гетерогенний характер, об’єктами зародження якого є дефекти упаковки. Якщо їх не буде, то і мартенситне перетворення не буде відбуватися.

Мартенситне перетворення відбувається шляхом зсуву і супроводжується зміною складу твердого розчину.

Внаслідок викривлення кристалічної решітки мартенсіт володіє високою твердістю і низькою пластичністю. Твердість мартенсіту зростає із збільшенням в сталі змісту вуглецю.

Структура мартенсіту є пластинами у вигляді голок, орієнтованих щодо старої фази аустеніту паралельно або під певними кутами.

Мартенсіт в порівнянні з аустенітом має більший питомий об'єм.

Збільшення вмісту C, Cr, Мn призводить до зниження температури початку і кінця мартенситного перетворення і зміщенню всієї мартенситної кривої в область низьких температур. Вміст залишкового аустеніту після охолодження до кімнатної температури і більш низьких температур відповідно із зміною положень мартенситної кривої залежить від температури аустенітизації.

Зі збільшенням температури аустенітизації, збільшується кількість залишкового аустеніту. При зниженні температури охолодження кількість залишкового аустеніту суттєво знижується [8].

Тип мартенситу в сталі ШХ15 – пластинчатий. В цьому випадку кристали мартенситу складаються із більшої кількості мікродвійників. Структура сталі ШХ15 після гартування складається із мартенситу, залишкового аустеніту і карбідів.

Для сталей для роликів підшипників пред’являються вимоги скрізної прогартованості. Для цього підшипникові сталі легують Cr, Мn, Si.

Підвищенню прогартованості сталі ШХ15 сприятиме пропоноване в стандарті збільшення норми змісту марганцю до 0,5%, а також застосування сталі з підвищеним вмістом хрому і кремнію.

Загартованість – здатність сталі підвищувати твердість в результаті гартування. Чим більше в мартенситі вуглецю, тим вище його твердість. Легуючи елементи незначною мірою впливають на загартованість.


2.6 Фазові та структурні перетворення під час нагріву загартованої сталі ШХ15

Відпуском називається термічна обробка, яка складається із нагрівання і витримки загартованої сталі при температурах нижчих критичної т.Ас

.

Відпуск проводять в залежності від вимагаємої твердості ролика. Після термообробки твердість ролика повинна бути 60-65 HRC при температурі відпуска 150-160ºС. При нагріванні до цих температур відбувається розпад пересиченого твердого розчину та збіднення твердого розчину вуглецем.

М + А

→ М
+ А

- карбід, когерентно по’язаний із матрицею твердого розчину, являє собою тонкі пластини. В місцях його знаходження відбувається збіднення вуглецем. Дільниці, які знаходяться подалі від
- карбіду, стають збагачені вуглецем. Такий розпад називають двохфазним. Тому отримуємо структуру, яка складається з мартенситу відпуска, залишкового аустеніту і карбідів.

В результаті такого розпаду зменшуються мікронапруження. На цій стадії легуючи елементи незначно впливають на розпад мартенситу. Твердість ролика підшипника після низького відпуска складає 60-65 HRC.

2.7 Вдосконалення технологічних процесів на основі аналізу фазових та структурних перетворень

Високі експлуатаційні властивості деталей підшипників в значній мірі залежать від якості сталі і технології її термічної обробки.

Недоліком роликів із сталі ШХ15 є їх зношування. Значно погігшує властивості сталі ШХ15 цементитна сітка. Для усунення цементитної сітки після пластичної деформації виконують прискорене охолодження.

Формула винаходу. Спосіб поверхневої обробки сталі ШХ15, який включає нормалізацію і сфероїдизуючий відпал (в якості попередньої термічної обробки) та гартування і відпуск (в якості кінцевої термічної обробки), відрізняється тим, що для усунення цементитної сітки після пластичної деформації виконують прискорене охолодження.


Висновок

В даній курсовій роботі були розроблені режими термічної обробки молотового штампу зі сталі 5ХНМ і ролика зі сталі ШХ15, а також розглянуті фазові і структурні перетворення при ній, були прослідковані процеси технологічного переділу сталей, починаючи від рідкого стану і завершуючи виготовленням готового виробу.