Перетворення в металі при нагріванні і охолодженні
Близько 100 років тому великий український вчений Д. К. Чернов встановив, що будова стали в процесі нагрівання не залишається незмінним. При певній температурі різко змінюються її структура і фізико-механічні властивості.
Температури, при яких відбуваються структурні перетворення, називаються критичними температурами, або критичними точками (точками Чернова), даного металу або сплаву.
Залізо, у якого при нормальній температурі атомна решітка має форму об'ємно-центрованого куба, називається альфа-залізом. При нагріванні до 768 ° (точка Кюрі) залізо втрачає свої магнітні властивості, хоча решітка його не змінюється. При нагріванні чистого заліза до 906 ° атоми перебудовуються і альфа-залізо перетворюється в гамма-залізо. Решітка гамма-заліза має форму куба з центрованими гранями. При нагріванні до 1320 ° гамма-залізо перетворюється в дельта-залізо, яке має, як і альфа-залізо, грати форми об'ємно-центрованого куба.
Вуглецеві сталі також мають критичні точки. Тільки температури, при яких відбуваються структурні перетворення, залежать від вмісту вуглецю. Атоми вуглецю можуть розміщуватися в решітці між атомами заліза. В цьому випадку вуглець утворює із залізом так званий твердий розчин, який в альфа-залозі називається ферритом, а в гамма-залозі - аустенітом. Ферит і аустеніт м'які, пластичні, добре обробляються тиском.
Вуглець може перебувати в сталі у вигляді хімічної сполуки з залізом, званого цементитом.
Суміш заліза з зернами або пластинками цементиту, що містить 0,83% вуглецю, називається перлітом.
Структура стали залежить від кількості вуглецю і від температури. Ця залежність зображується діаграмою стану залізовуглецевих сплавів.
На рис. 2 представлена спрощена діаграма стану сплаву заліза з вуглецем. Лінії на діаграмі показують критичні точки при різному змісті вуглецю. Вище лінії АБ сплав являє собою рідкий розчин вуглецю в залозі. На лінії АБ починається затвердіння сплаву, причому чим більше вуглецю, тим при більш низькій температурі застигає сталь. Лінія АБ називається лінією ліквідусу.
Мал. 2. Діаграма стану залізовуглецевих сплавів
Між лініями АБ і АЕ в сплаві одночасно знаходиться твердий розчин вуглецю в залозі - аустеніт і рідкий сплав. Затвердіння сплаву закінчується на лінії АЕВ, яка називається лінією солідусу. Між лініями АЕ і GSE сплав є аустеніт, між лініями GS і PS - ферит і аустеніт, між лініями BES і SK - аустеніт і цементит.
Нижче лінії PSK при вмісті вуглецю до 0,83% сплав складається з фериту і перліту (доевтектоїдних сталь), при вмісті 0,83% вуглецю - з одного перліту (евтектоїдна сталь), при вмісті вуглецю більше 0,83% -з перліту і цементиту (заевтектоідних сталь).
Для гарячої обробки тиском сталь повинна бути приведена в стан твердого розчину - аустеніту. Температура нагріву її визначається лініями АЕ (верхня температура нагріву) і GSE. Стали при цьому мають однорідну структуру, мають однакові властивості, пластичні і добре куються.
На практиці сталь для ковки нагрівають нижче лінії АЕ на 150-200 °, щоб уникнути її перегріву і перепалу. Крім того, при температурах, близьких до температури плавлення, сталь володіє зниженою пластичністю. Це пояснюється, по-видимому, тим, що при високих температурах сильно позначається вплив навколишнього середовища (пічні гази, повітря) на властивості металу.
При нагріванні сплаву до високих температур змінюється не тільки його структура, але і фізико-механічні властивості: теплопровідність, теплоємність, магнітні властивості і, головним чином, опір деформації. Остання властивість дуже важливо, тому що від величини опору деформації залежить вибір тоннажу молота або преса і їх продуктивність.
При куванні відбуваються два протилежні процеси - дроблення, подрібнення зерен при ударі молота або натисканні преса, а також зростання зерен під дією високої температури і руйнування межкристаллической речовини. Другий процес називається збірною рекристалізацією.
Зв'язок між величиною зерна, ступенем деформації та температурою встановлюється так званої діаграмою рекристалізації. Діаграми рекристалізації складені для більшості марок сталі і використовуються при проектуванні технологічних процесів кування.
Ступенем деформації називається відношення різниці між початковою (до кування) і кінцевої (після кування) висотою поковки до початкової висоти в процентах. Розмір зерна при різних ступенях деформації різний. При якійсь мірі деформації, званої критичної, зерно виходить найбільшим. Кувати при критичній ступеня деформації не можна, так як зростання зерен веде до погіршення механічних властивостей поковок.
Кувати слід при температурі рекристалізації, так як при цьому буде відсутній наклеп, властивості металу в різних напрямках будуть однаковими. Однак закінчувати ковку при дуже високих температурах не рекомендується, тому що в процесі подальшого повільного охолодження зерна будуть рости. Останні згладжують удари з метою отримання дрібного зерна можна проводити при температурі нижче температури рекристалізації.
Кувати сталь при низьких температурах, особливо при 500-300 °, небезпечно, так як в цьому інтервалі вона дуже крихка і утворюються тріщини зі зламом синюватого кольору (сінеломкость).
Метал треба кувати в тому інтервалі температур, коли його пластичність (здатність змінювати форму) найбільша. Цей інтервал носить назву температурного інтервалу кування (табл. 2). У цьому інтервалі метал знаходиться в однофазному стані, т. Е. Все його зерна мають однакову будову і властивості. При куванні вони будуть деформуватися в однаковій мірі. Якщо ж метал буде знаходитися в двох-або многофазном стані (наприклад, аустеніт + цементит), то деформація вийде неоднорідною і можливе руйнування. Тільки вуглецеві стали можна кувати при температурах, відповідних двофазному станом, так як аустеніт і ферит між лініями GS і PS у доевтектоїдних сталей, а також рівномірна суміш аустеніту з зернами цементиту між лініями SE і SK у заевтектоідних сталей мають достатню пластичність при температурах до 750 ° .
Передрук матеріалів заборонена.
Допоможіть іншим людям знайти бібліотеку розмістіть посилання: