Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Старение металла что это такое


Старение металла

Старение металла – это процессы, протекающие внутри металла и вызывающие изменения физических и механических свойств, внутренней структуры. Проистечение данных процессов может происходить естественным путем (при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С) и искусственным воздействием (термообработкой и пластическим деформированием).

Старение металла

Процесс старения

Старение в качестве температурной обработки используется как заключительная операция. Применима к тем металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и самопроизвольно распадаться.

После проведения процедуры старения у металла увеличиваются твердость с прочностью, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, но эти значения сохраняются на протяжении срока работы.

Старение стали производится для изменения внутренней структуры после закалки. Полученный твердый раствор феррита пресыщенный углеродом и азотом при нагревании распадается. В зависимости от количества содержания углерода в сплаве внутренняя структура может приобретать форму:

Искусственное старение металла (термообработка) применяется к тем сплавам, в которых растворяемость одного элемента в твердом состоянии значительно снижена. Это проявляется при снижении температуры.

Во время искусственного старения в сталях с низким содержанием углерода, не выше 0,05%, распадается пресыщенный твердый альфа раствор. При этом выделяются избыточные фазы. Такая метаморфоза приводит к тому, что снижается пластичность, но приводит к увеличению твердости и прочности.

Модель Орована

На рисунке показана модель Орована, которая иллюстрирует перемещение дислокаций. Максимального эффекта добиться возможно при естественном старении, но время затраченное на это будет значительным. Увеличить скорость протекания процесса можно искусственным старением, но при этом прочностные характеристики будут снижены.

Твердость в зависимости от времени старения

На графике отчетливо видно, что сокращение времени старения не позволяет получить высокую твердость.

Течение процесса старения во многом зависит от углерода и азота. Особенно это заметно в малоуглеродистых сталях. Азот с уменьшением температуры начинает хуже растворятся в альфа железе. Например, при температуре 590°С растворенного азота содержится 0,1%, но уже при 20°С его содержание снижается до 0,004%. При старении альфа раствор выделяет нитриды. Поэтому влияние азота менее выражено по сравнению с тем же углеродом при температурном воздействии.

При увеличении углерода в сталях увеличивается эффект изменения структуры, получаемый при термическом воздействии. Объем углерода, максимум которого может раствориться в альфа железе составляет 0,02-0,04%. При таком содержании закаленное изделие, подвергнутое естественному старению обладает твердостью в полтора раза выше чем после отжига.

Старение – это основной способ увеличения прочности жаропрочных сплавов (с высоким содержанием никеля). В эту же группу относятся сплавы на основе алюминия, меди, магния. Кроме того, измененная структура вышеперечисленных металлов и сплавов придает им коэрцитивную силу.

Алюминиевые и алюминисто-медные сплавы подвергаются деструкции при различных температурах (свыше 100°С) из-за различия в температуре распада структуры разных металлов. Так выделяют низкотемпературное и высокотемпературное изменение структуры.

Распад твердого раствора проходит по двум путям. В первом случае это образование и рост частиц фазы идет по всему объему. Во втором случае распад прерывистый (ячеистый). Во время него ячейки растут колониями. У колоний структура ячеистая, а рост идет от границы зерна и движется во внутрь, уменьшая размер.

Механическое и термическое старение

Существует два вида старения металла: термическое и механическое. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Термическое старение

Фаза упрочняющая металл во время термического воздействия происходит в точке максимума. Здесь проходит метастабильный промежуток раствора в зоне Гинье-Престона. Такой вид упрочнения металлов и сплавов принято называть дисперсионным.

Зависимость прочности от времени и температуры старения

При более длительной выдержке начинается перестаривание, то есть снижение прочностных характеристик. На это влияют:

Виды термического старения металла:

Механическое старение металла

Деструкция стали при помощи деформирующих усилий происходит в диапазоне температур ниже процесса рекристаллизации. Обусловлено это образованием и движением дислокаций. При холодной пластической деформации увеличивает плотность дислокаций, которые далее еще больше увеличиваются при увеличении нагрузок.

Изменяющиеся механические свойства металла вызывает движение атомов углерода и азота к дислокациям, которые размещены в альфа растворе. Достигнув дислокаций атомы образуют облака (атмосферы Котрелла). Данные скопления препятствуют движению дислокаций, благодаря чему происходит изменение свойств. Появляются присущие состаренным термообработкой деталям свойства.

Если на эффект старения деформированием сильно влияют азот, никель и медь, то с добавками ванадия, титана и ниобия данный эффект полностью пропадает. Поэтому рекомендуется использовать сталь с содержанием алюминия 0,02-0,07%.

Рекомендуемые режимы для проведения старения

Термическая обработка:

Пластическая обработка:

Температура нагрева и время выдержки подбирается индивидуально к каждой марке металла и к сплаву в зависимости от их состава.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

СТАРЕ́НИЕ МЕТА́ЛЛОВ

Авторы: М. А. Штремель

СТАРЕ́НИЕ МЕТА́ЛЛОВ, из­ме­не­ние свойств ме­тал­лов и спла­вов, про­те­каю­щее са­мо­про­из­воль­но в про­цес­се дли­тель­ной вы­держ­ки при ком­нат­ной темп-ре (ес­те­ст­вен­ное ста­ре­ние) ли­бо при уме­рен­ном на­гре­ве (ис­кус­ст­вен­ное ста­ре­ние). С. м. про­во­дит­ся как спец. окон­ча­тель­ная опе­ра­ция тер­ми­че­ской об­ра­бот­ки для боль­шо­го чис­ла спла­вов, ко­то­рая обес­пе­чи­ва­ет по­лу­че­ние ком­плек­са не­об­хо­ди­мых ме­ха­нич. или фи­зич. свойств.

Ста­ре­ние, или «дис­пер­си­он­ное твер­де­ние», – осн. спо­соб уп­роч­няю­щей тер­мич. об­ра­бот­ки спла­вов на ос­но­ве цвет­ных ме­тал­лов – Al, Mg, Cu, Ni и др.; про­во­дит­ся при вы­держ­ке спла­ва ни­же темп-ры пред­ше­ст­вую­щей за­кал­ки с це­лью вы­де­ле­ния из твёр­до­го рас­тво­ра дис­перс­ных (0,01–1 мкм) вклю­че­ний, что при­во­дит к по­вы­ше­нию проч­но­сти.

В спла­вах на ос­но­ве же­ле­за при ста­ре­нии (при 20–300 °C и вы­держ­ке от не­сколь­ких ча­сов до не­сколь­ких лет) про­ис­хо­дит по­вы­ше­ние пре­де­ла те­ку­че­сти по ме­ре пе­ре­хо­да со­дер­жа­щих­ся в спла­вах N и C в сег­ре­га­ции (хи­мич. не­од­но­род­но­сти) и вы­де­ле­ния на дис­ло­ка­ци­ях. В за­ви­си­мо­сти от пред­ше­ст­вую­щей об­ра­бот­ки спла­ва ста­ре­ние мо­жет быть двух осн. ти­пов – за­ка­лоч­ное и де­фор­ма­ци­он­ное. Наи­боль­шее прак­тич. зна­че­ние име­ет де­фор­мац. ста­ре­ние, ко­то­рое в от­ли­чие от за­ка­лоч­но­го мо­жет про­ис­хо­дить при низ­ком со­дер­жа­нии при­мес­ных ато­мов в твёр­дом рас­тво­ре; оно на­блю­да­ет­ся прак­ти­че­ски для все­го диа­па­зо­на со­дер­жа­ния С в ста­ли, в то вре­мя как за­ка­лоч­ное да­ёт за­мет­ный эф­фект в осн. толь­ко для низ­ко­уг­ле­ро­ди­стых ста­лей. В слу­чае ко­гда де­фор­мац. ста­ре­нию пред­ше­ст­ву­ет хо­лод­ная пла­стич. де­фор­ма­ция, уп­роч­не­ние ста­ли по­вы­ша­ет­ся, но не­сколь­ко сни­жа­ет­ся пла­стич­ность. Ди­на­мич. де­фор­мац. С. м. – про­цесс ста­ре­ния, про­те­каю­щий не­по­сред­ст­вен­но в хо­де пла­стич. де­фор­мации; та­кую «тё­п­лую де­фор­ма­цию» ни­же тем­пе­ра­тур рек­ри­стал­ли­за­ции ис­поль­зу­ют для до­пол­нит. уп­роч­не­ния, напр., пру­жин­ной про­во­ло­ки и лен­ты.

Ста­ре­ние ста­ли мо­жет про­яв­лять­ся в ухуд­ше­нии пла­стич­но­сти и вяз­ко­сти за вре­мя дли­тель­ной экс­плуа­та­ции при кли­ма­тич. темп-рах. К про­цес­су соб­ст­вен­но С. м., в т. ч. де­фор­ма­ци­он­но­го, до­бав­ля­ет­ся де­гра­да­ция по­верх­но­ст­но­го слоя за счёт из­но­са, кор­ро­зии и пр. Для пре­дот­вра­ще­ния от­ри­цат. эф­фек­та С. м. в «не­ста­рею­щих ста­лях» по­ни­жа­ют со­дер­жа­ние C и N (до 10–3% по мас­се) или свя­зы­ва­ют их в со­еди­не­ния (TiC, AlN и др.). Экс­пресс-кон­троль ста­ли на воз­мож­ное С. м. – срав­не­ние удар­ной вяз­ко­сти до и по­сле хо­лод­ной де­фор­ма­ции и вы­держ­ки при 250 °C.

bigenc.ru

Виды и режимы старения металла

Старение металла может происходить в результате длительной эксплуатации, при возникновении форс-мажорных обстоятельств, при нарушении технологии изготовления конструкции и выполняться специально. В первом и втором случае теряются первоначально заложенные свойства – материал физически изнашивается, и, как правило, требуется его полная замена. В третьем случае при выполнении гибочных, монтажных, сварных и других операций снижаются эксплуатационные свойства, что в некоторых случаях недопустимо. Поэтому особо ответственные изделия проверяют на склонность к деформационному старению по определенным методикам. Специально выполняемая операция по старению металла, имеющая второе название – дисперсионное твердение – разновидность заключительной термической обработки, которая проводится с целью получения необходимых физических, химических и механических свойств. Может выполняться естественным путем, искусственным способом (термообработкой) и пластическим деформированием. Используется для сплавов и металлов, у которых пересыщенный твердый раствор выделяет избыточный компонент и самопроизвольно распадается. В результате проведения операции любым способом у материалов увеличиваются такие показатели, как прочность и твердость, которые сохраняются на протяжении срока эксплуатации, но снижаются показатели пластичности и вязкости.

Оглавление

Виды старения металла

Выделяют 2 вида старения металла: термическое и механическое. Термический вид является разновидностью искусственного старения металла, которое выполняют с подогревом до определенной температуры, выдержкой и охлаждением на воздухе. В процессе операции изменяется растворимость углерода в альфа-железе в зависимости от температуры, до которой была нагрета заготовка. Режимы проведения операции зависят от марки стали, чугуна, цветного металла или сплава и указываются в технологическом процессе по выполнению операции. Различают следующие виды искусственного старения металлов:

Кроме того, операция может выполняться за насколько стадий, так называемое ступенчатое или двойное старение. Вначале нагрев осуществляют при более низкой температуре, а затем – при высокой. На первом этапе создаются многочисленные центры выделений твердого раствора, а на втором – обеспечивается их распад. Таким образом получается однородность и плотность распределения выделений в материале.

При естественном старении материал выдерживается при комнатной температуре определенное время, что приводит к повышению твердости, прочности и текучести. Процесс этот длительный. Обычно занимает 15 и больше дней (зависит от материала), когда изготовленные детали и заготовки хранятся на открытом воздухе. Чтобы ускорить процесс получения качественного материала и получить те же результаты, выполняют операцию искусственного старения в специальных печах по определенной технологии.

Механический вид называют деформационным, осуществляют путем пластической деформации при нагреве ниже температуры рекристаллизации материала. Обычно это 20 °C. Возможен вариант совмещения механического и термического старения. Такой способ применяют для легированных сталей.

Режимы старения

Чтобы искусственно состарить материал, необходимо знать марку металла или основу, на которой он изготовлен (химический состав). От этого зависит режим выполнения операции. Сюда входит выбор температуры нагрева и время выдержки. Ориентировочные данные указаны в таблице.

Металл или сплав на его основеТемпература нагрева, °CВремя выдержки, час
Алюминий100÷2351÷17
Медь160÷3302÷25
Титан5501
Магний170÷18016
Никель690÷71016
Сталь с высоким содержанием углерода130÷15025÷30

Операция может выполняться без предварительной закалки заготовок или деталей и с ней. И тут важно правильно подобрать температуру нагрева: она должна быть ниже той, при которой происходила закалка. В любом случае это оговаривается в технологическом процессе по изготовлению той или иной детали, который разрабатывают специалисты на производстве с учетом применяемого оборудования и режимов старения.

Скорость нагрева до температуры, с какой производится операция, особой роли не играет. Однако для алюминия и его сплавов лучше выполнять медленный нагрев. Это повысит прочность изделия.

Старение черных, цветных металлов и их сплавов является распространенным технологическим процессом, позволяющим добиться нужных свойств. Операция должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей марки металла на качественном оборудовании, специально предназначенном для проведения искусственного старения. Такие печи выпускают отечественные и зарубежные производители в широком ассортименте. Они соответствуют современным требованиям к энергосбережению и безопасности, простоты в управлении и обслуживании. Работают на разных температурных режимах. Многие из моделей могут встраиваться в конвейерные линии, что позволяют повысить производительность труда. Различаются такие печи объемом садки, производительностью, мощностью и наличием дополнительных функций, которые упрощают выполнение такого вида термообработки.

Просим тех, кто занимался вопросами старения и выполнял такие операции, поделиться опытом в комментариях к тексту.

wikimetall.ru

Старение металлов - это... Что такое Старение металлов?

        изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов. При быстром охлаждении от высоких температур (при закалке (См. Закалка) или после кристаллизации и горячей пластической деформации) металлы и сплавы полностью или частично сохраняют атомную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В чистых металлах неравномерность этой структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации вакансий (См. Вакансия) и наличии др. дефектов кристаллической структуры. В сплавах неравновесность структуры может быть связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких температурах. Наиболее важно старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твёрдого раствора (См. Твёрдые растворы). Состояние пересыщения твёрдого раствора возникает после охлаждения сплавов от высоких температур, поскольку обычно с повышением температуры растворимость примесей (или специально вводимых легирующих элементов) растет.          Имеется большое число сплавов, для которых старение проводится как специальная операция термической обработки (См. Термическая обработка) и обеспечивает получение комплекса важных механических или физических свойств. Старение, или «дисперсионное твердение», — основной способ упрочняющей термическую обработки сплавов на основе Al (см. Алюминиевые сплавы), Mg, Cu, Ni. Кроме высокой прочности, стареющие сплавы могут приобретать и др. ценные свойства, например высокую коэрцитивную силу.

         При достаточно большой степени пересыщения твёрдый раствор оказывается полностью нестабильным и его расслоение идёт во всей массе материала с образованием сначала неоднородного твёрдого раствора с непрерывно меняющимся составом, а затем периодически расположенных частиц с чёткими границами раздела. Распад такого типа называется спинодальным и наблюдается в ряде технически важных сплавов (сплавы для постоянных магнитов типа кунифе). Более общим для стареющих сплавов является метастабильное состояние твёрдого раствора, распад которого должен идти путём образования и роста зародышей новой фазы, а процесс зарождения требует преодоления энергетического барьера. Этот барьер оказывается существенно пониженным при образовании когерентных частиц, т. е. частиц, у которых кристаллическая решётка упруго сопряжена с решёткой исходного твёрдого раствора. При сравнительно низких температурах распад твёрдых растворов часто останавливается на стадии образования зон — весьма дисперсных областей, обогащенных избыточным компонентом и сохраняющих кристаллическую структуру исходного раствора, впервые обнаруженных по эффектам диффузного рассеяния рентгеновских лучей (зоны Гинье — Престона). С помощью электронной микроскопии зоны Гинье — Престона наблюдали в сплавах Al — Ag в виде сферических частиц диаметром Старение металлов10Å , в сплавах Al — Cu — в виде пластин толщиной порядка периодов решётки (Феррит), пересыщенный углеродом или азотом. В некоторых случаях зоны можно рассматривать как зародыши фазы выделения.

         Понятию «естественное старение» противопоставляется «искусственное старение», которое в случае алюминиевых сплавов (исторически первых материалов, упрочняемых старением) проводилось при повышенных температурах (выше 100°С); в современной литературе вместо этих терминов чаще используются термины «низкотемпературное старение» и «высокотемпературное старение». В связи с различиями процесса распада в разных температурных интервалах для некоторых сплавов оптимальный комплекс свойств достигается после сложного старения в определенной последовательности при низкой и при более высокой температурах.

         Различают 2 основных механизма распада пересыщенного твёрдого раствора: непрерывный, который идёт путём образования и роста отдельных зародышей — частиц фазы, содержащей избыточный компонент твёрдого раствора, и прерывистый (или ячеистый), при котором возникают и растут ячейки или колонии, состоящие обычно из равновесных фаз — новой фазы, обогащенной избыточным компонентом, и обеднённого (равновесного) твёрдого раствора. В первом случае частицы образуются по всему объёму и их рост сопровождается постепенным и непрерывным обеднением матричного твёрдого раствора. Во втором случае происходит движение границы раздела колония — непревращённая область твёрдого раствора. Колонии имеют обычно пластинчатое строение, зарождаются на границе зерна, и их движущийся фронт представляет собой подвижную высокоугловую границу с зерном исходного твёрдого раствора.

         При распаде твёрдых растворов в условиях высокой концентрации дефектов кристаллического строения (дислокаций (См. Дислокации) и др.), которые создаются предварит. сильной холодной деформацией, получают особенно высокие значения прочности (см. Термомеханическая обработка металлов). Процессы распада твёрдых растворов могут приводить и к нежелательным изменениям свойств сплавов, например к ухудшению пластичности и охрупчиванию низкоуглеродистой котельной стали, к увеличению коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание электротехнического железа. Некоторые сплавы склонны к т. н. «деформационному старению». Сравнительно слабая холодная пластическая деформация, сама по себе не очень сильно меняющая свойства материала, существенно ускоряет процессы размежевания компонентов твёрдого раствора, которые приводят к образованию сегрегатов (а затем выделений) возле дислокаций. Этот суммарный эффект деформации и старения («деформационное старение») резко ухудшает вязкость и пластичность сплавов, что особенно нежелательно для материалов, подвергаемых глубокой штамповке (например, листовая сталь для автомобилестроения). Специальным легированием и термической обработкой можно существенно снизить вредные эффекты старения.

         Лит.: Скаков Ю. А., Старение металлических сплавов, в сборнике: Металловедение (Материалы симпозиума), М., 1971; Захарова М. И., Атомно-кристаллическая структура и свойства металлов и сплавов, М., 1972; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, М., 1974: Тяпкин Ю. Д., Гаврилова А. В., Старение сплавов, в сборнике: Итоги науки и техники. Серия Металловедение и термическая обработка металлов, т. 8, М., 1974.

         Ю. А. Скаков.

dic.academic.ru

Старение металла что это такое

Под старением понимают изменение свойств стали, протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Эти процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях. При старении за счет скопления атомов углерода (азота) на дислокациях (атмосферы Котрелла) или выделения избыточных

фаз из феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению.

Известны два вида старения стали: термическое и деформационное (механическое).

Термическое старение. Оно протекает в результате изменения растворимости углерода (см. рис. 83) и азота в -железе в зависимости от температуры.

При ускоренном охлаждении с 650-700 °С (как, например, при сварке, охлаждении тонкого листа после прокатки и т. д.) в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется пересыщенный а-раствор (феррит). При последующей выдержке стали при нормальной температуре (естественное старение) или при повышенной температуре 50-150 °С (искусственное старение) происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твердого раствора с выделением третичного цементита (е-карбида) в виде дисперсных части . Старение технического железа (стали) может быть связано также и с выделениемиз твердого раствора частичек нитрида или

Термическое старение заметно протекает в низкоуглеродистых сталях. При более высоком содержании углерода вследствие зародышевого воздействия большого количества нементитных частиц, образовавшихся при перлитном превращении, самостоятельного выделения третичного цементита (-карбида) не наблюдается.

Деформационное (механическое) старение. Этот процесс протекает после пластической деформации, если она происходит при температуре ниже температуры рекристаллизации, и особенно при 20 °С. Деформационное старение развивается в течение суток при и в течение нескольких минут при

При деформационном старении основное упрочнение, вероятно, связано с образованием атмосфер Коттрелла из атомов углерода и азота вокруг скоплений дислокаций, что затрудняет их движение. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы или стабильного нитрида

Читайте также:  Прицеп для мотоблока размеры чертежи

В сталях возможно термодеформационное старение, т. е. одновременное протекание термического и деформационного старений. Старение отрицательное сказывается на эксплуатационных и технологических свойствах многих сталей. Оно может протекать в строительных и мостовых сталях, подвергаемых пластической деформации при гибке, монтаже и сварке, и, усиливаясь охрупчиванием при низких температурах, явиться причиной разрушения конструкции. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Склонность стали к старению снижается при модифицировании ее алюминием, титаном или ванадием.

Старе́ние ста́ли — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0,25 % С). При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз из феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости, но снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.

Содержание

Термическое старение [ править | править код ]

При ускоренном охлаждении с 650—700 °C в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется перенасыщенный альфа-раствор (феррит). При последующей выдержке стали при нормальной температуре или при повышенной 50—150 °C происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твёрдого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Старение технического железа (стали) также может быть вызвано выделением твёрдых частиц нитрида Fe16N2 или Fe4N.

Механическое старение [ править | править код ]

Механическое или деформационное старение — это процесс, протекающий после пластической деформации, если она происходит ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15—16 суток при комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe16N2 или стабильного нитрида Fe4N. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Читайте также:  Светодиодные ленты для подсветки потолка как установить

Одними из наиболее распространенных технологических приемов управления структурой материала являются методы его термообработки, называемые закалкой и старением.

Закалка материала — процесс термообработки, включающий нагрев материала до некоторой температуры (температуры закалки) и быстрое охлаждение материала до комнатной температуры, что реализуется опусканием материала в закалочную жидкость (вода, щелочи, масло и т.д.). В процессе закалки материала при комнатной температуре в нем фиксируется неравновесное фазовое состояние, соответствующее фазовому состоянию материала при температуре закалки. При этом структура материала определяется не только температурой закалки, но и, в значительной мере, скоростью его охлаждения.

Старение материала — процесс термообработки, заключающийся в выдержке закаленного материала при некоторой температуре (более низкой, чем температура закалки) в течение определенного времени. В процессе старения материала протекают процессы перехода фазового состава и структурного состояния материала в сторону их равновесных значений при температуре старения, которая ниже температуры рекристаллизации материала. Это дает возможность управлять процессами выделения новых фаз в материале и структурой материала.

На рисунке 1.90 приведена схема процессов закалки и старения в двойной системе при температурах Г, и Т2 соответственно.

Рис. 1.90. Схема реализации процессов закалки и старения в двойной системе

Процессы закалки и старения сопровождаются изменением свойств материала. На рисунке 1.91 приведены зависимости некоторых механических свойств сплава «титан — цирконий — ниобий» от температуры закалки после закалки материала (сплошная кривая), а также после закалки и старения материала при температуре 500 °С в течение 1 ч (пунктирная кривая).

Рис. 1.91. Зависимости предела прочности (а) и твердости (б) сплава «титан — цирконий — ниобий» от температуры закалки

В результате закалки материала происходит повышение его твердости и прочности по сравнению с исходным состоянием за счет термомеханического наклепа материала. После проведения операции старения твердость материала с увеличением температуры закалки дополнительно возрастает, однако при этом уменьшается прочность данного материала.

Читайте также:  Кинематическая схема станка 1а616

crast.ru

8. Отпуск и старение стали

План лекции

1. Отпуск стали

2. Старение

3. Отпуск под нагрузкой

4. Отпуск после шлифования

5. Правка. Эффект кинетической пластичности

6. Термообработка после правки. Методы стабилизации размеров

Отпускомназывается операция термической обработки, при которой в результате нагрева ниже критической точки А1 закаленной на мартенсит стали происходит переход структуры из метастабильного состояния в равновесное или близкое к нему. Отпуск часто является конечной операцией термической обработки. Поэтому его цель – получение определенных характеристик готовых деталей или полуфабрикатов. В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отпуска: низко-, средне- и высокотемпературный. Влияние температуры отпуска на твердость сталей представлена на рис. 8.

Рис.8. Зависимость твердости углеродистых сталей от температуры отпуска.

Низкий отпуск выполняется при температурах 80-250 °С с получением структуры в углеродистых, низко- или среднелегированных сталях отпущенного мартенсита и приводит к частичному снятию внутренних напряжений. Такой отпуск проводится для цементованных, нитроцементованных закаленных деталей и после закалки т.в.ч., а также для инструмента, который должен иметь высокую твердость 60-63HRC.

Средний отпуск выполняется при температурах 320-450°С и обеспечивает в углеродистых и низколегированных сталях структуру троостита отпуска с твердостью 41-49HRC и практически полное снятие остаточных напряжений. Детали с такой структурой имеют высокий предел упругости и усталости, поэтому такой отпуск применяют для рессор и пружин.

Высокий отпуск проводится при температурах 450-700°С и обеспечивает распад мартенсита углеродистых, низко-, среднелегированных сталей на сорбит отпуска. Сочетание закалки с высоким отпуском называется улучшением. Это связано с тем, что после такой обработки достигается сочетание высоких значений прочности, пластичности и вязкости сталей. Твердость находится в пределах 250-350 НВ, прочность по сравнению с закаленным состоянием понижается в 1,5-2,0 раза, а пластичность и вязкость в несколько раз. Высокотемпературный отпуск применяется для широкого круга деталей, у которых необходимо иметь перечисленный комплекс свойств. Разновидностью высокого отпуска является дисперсионное твердение для высоколегированных сталей: жаропрочных, высокопрочных, быстрорежущих. Данная термическая обработка выполняется чаще всего при температурах 460-700°С.

При назначении температур отпуска нельзя забывать об отпускной хрупкости, которая приводит к значительному снижению ударной вязкости закаленных изделий. Необратимая отпускная хрупкость первого рода проявляется при температурах около 300 °С, поэтому стали при отпуске не нагревают до этой температуры. Обратимая отпускная хрупкость второго рода наблюдается при температуре ~500 °С только в легированных хромом, никелем, марганцем сталях, особенно при совместном их введении. Склонность сталей к хрупкости второго рода увеличивается при содержании в стали примесей фосфора, мышьяка, сурьмы и олова. Данный тип отпускной хрупкости не проявляется в углеродистых и высокочистых по примесям легированных сталях.

Старение – это операция термической обработки, при которой в закаленном без полиморфного превращения сплаве происходит распад пересыщенного твердого раствора. Причиной старения стали является пересыщение феррита углеродом и азотом, а также примесными атомами и характерно для низкоуглеродистых сталей (≤ 0,03 % С). В результате старения происходит повышение твердости, прочности и снижение пластичности, вязкости стали, при этом сохраняется их значение с течением времени. В зависимости о температуры нагрева закаленного сплава старение может происходить при комнатной температуре (естественное старение) или повышенной (искусственное). Кроме того, различают еще два вида старения в зависимости от движущей силы распада: термическое старение, протекающее в закаленном сплаве и деформационное, происходящее в изделиях после пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Термическое старение чаще всего наблюдается в низкоуглеродистых сталях при содержании 0,03-0,05% углерода. При закалке в таких материалах образуется пересыщенный α -твердый раствор, который при старении распадается с выделением избыточных фаз, что ведет к повышению твердости, прочности и снижению пластичности. Наибольший эффект изменения свойств наблюдается при естественном старении, но требуется значительное время. При искусственном старении полученные характеристики прочности ниже, чем при естественном, при этом время старения сокращается.

Холодная пластическая деформация приводит к значительному ускорению процессов распада α - твердого раствора при старении. Для тонких холоднокатаных листов из малоуглеродистой стали старение проводят после рекристаллизационного отжига. Выполнение старения можно провести по двум технологическим схемам. Первая - включает ускоренное охлаждение до ~400 °С, изотермическую выдержку при этой температуре и регламентированное охлаждение со скоростью ~3 °С⁄с. Вторая схема состоит из закалки с температуры рекристаллизационного отжига, затем термическое старение: нагрев до ~400 °С с выдержкой 30 мин и медленное охлаждение.

studfiles.net


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.