Perlakuan panas baja adalah mekanisme yang paling kuat untuk mempengaruhi struktur dan sifat-sifatnya. Ini didasarkan pada modifikasi kisi kristal tergantung pada permainan suhu. Ferit, perlit, sementit, dan austenit dapat hadir dalam paduan besi-karbon dalam berbagai kondisi. Yang terakhir ini memainkan peran utama dalam semua transformasi termal dalam baja.
Definisi
Baja adalah paduan besi dan karbon, di mana kandungan karbon secara teoritis hingga 2,14%, tetapi secara teknologi mengandungnya dalam jumlah tidak lebih dari 1,3%. Dengan demikian, semua struktur yang terbentuk di dalamnya di bawah pengaruh pengaruh eksternal juga merupakan jenis paduan.
Teori menyajikan keberadaan mereka dalam 4 variasi: larutan padat penetrasi, larutan padat eksklusi, campuran mekanis butiran atau senyawa kimia.
Austenit adalah larutan padat penetrasi atom karbon ke dalam kisi kristal kubik besi muka-sentris, disebut sebagai. Atom karbon dimasukkan ke dalam rongga -kisi besi. Dimensinya melebihi pori-pori yang sesuai antara atom Fe, yang menjelaskan jalur terbatasnya melalui "dinding" struktur utama. Dibentuk dalam prosestransformasi suhu ferit dan perlit dengan peningkatan panas di atas 727˚С.
Grafik paduan besi-karbon
Grafik yang disebut diagram keadaan besi-semen, dibuat secara eksperimental, adalah demonstrasi yang jelas dari semua opsi yang mungkin untuk transformasi pada baja dan besi tuang. Nilai suhu spesifik untuk sejumlah karbon dalam paduan membentuk titik kritis di mana perubahan struktural penting terjadi selama proses pemanasan atau pendinginan, mereka juga membentuk garis kritis.
Garis GSE, yang berisi titik-titik Ac3 dan Acm, menunjukkan tingkat kelarutan karbon saat tingkat panas meningkat.
| Tabel kelarutan karbon dalam austenit versus suhu | |||||
| Suhu, C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Perkiraan kelarutan C dalam austenit, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Fitur pendidikan
Austenite adalah struktur yang terbentuk saat baja dipanaskan. Setelah mencapai suhu kritis, perlit dan ferit membentuk zat yang tidak terpisahkan.
Pilihan pemanas:
- Uniform, sampai nilai yang diinginkan tercapai, short exposure,pendinginan. Tergantung pada karakteristik paduannya, austenit dapat terbentuk sepenuhnya atau terbentuk sebagian.
- Peningkatan suhu yang lambat, waktu yang lama untuk mempertahankan tingkat panas yang dicapai untuk mendapatkan austenit murni.
Sifat bahan panas yang dihasilkan, serta apa yang akan terjadi sebagai hasil pendinginan. Banyak tergantung pada tingkat panas yang dicapai. Penting untuk mencegah overheating atau overheating.
Mikrostruktur dan properti
Masing-masing karakteristik fasa paduan besi-karbon memiliki struktur kisi dan butirnya sendiri. Struktur austenit adalah pipih, memiliki bentuk yang dekat dengan acicular dan bersisik. Dengan pelarutan sempurna karbon dalam -besi, butiran memiliki bentuk ringan tanpa adanya inklusi sementit gelap.
Kekerasan 170-220 HB. Konduktivitas termal dan listrik adalah urutan besarnya lebih rendah daripada ferit. Tidak ada sifat magnetik.
Varian pendinginan dan kecepatannya mengarah pada pembentukan berbagai modifikasi keadaan "dingin": martensit, bainit, troostit, sorbit, perlit. Mereka memiliki struktur acicular yang serupa, tetapi berbeda dalam dispersi partikel, ukuran butir dan partikel sementit.
Efek pendinginan pada austenit
Dekomposisi austenit terjadi pada titik kritis yang sama. Efektivitasnya tergantung pada faktor-faktor berikut:
- Laju pendinginan. Mempengaruhi sifat inklusi karbon, pembentukan butiran, pembentukan finalmikrostruktur dan sifat-sifatnya. Tergantung pada media yang digunakan sebagai pendingin.
- Keberadaan komponen isotermal pada salah satu tahap dekomposisi - ketika diturunkan ke tingkat suhu tertentu, panas yang stabil dipertahankan untuk jangka waktu tertentu, setelah itu pendinginan cepat berlanjut, atau terjadi bersamaan dengan alat pemanas (tungku).
Dengan demikian, transformasi austenit kontinu dan isotermal dibedakan.
Fitur karakter transformasi. Bagan
Grafik berbentuk C, yang menampilkan sifat perubahan struktur mikro logam dalam interval waktu, tergantung pada tingkat perubahan suhu - ini adalah diagram transformasi austenit. Pendinginan nyata terus menerus. Hanya beberapa fase retensi panas paksa yang mungkin. Grafik tersebut menggambarkan kondisi isotermal.
Karakter dapat bersifat difusi dan non-difusi.
Pada tingkat reduksi panas standar, butir austenit berubah melalui difusi. Di zona ketidakstabilan termodinamika, atom mulai bergerak di antara mereka sendiri. Mereka yang tidak punya waktu untuk menembus ke dalam kisi besi membentuk inklusi sementit. Mereka bergabung dengan partikel karbon tetangga yang dilepaskan dari kristal mereka. Sementit terbentuk pada batas butir yang membusuk. Kristal ferit yang dimurnikan membentuk pelat yang sesuai. Struktur terdispersi terbentuk - campuran butiran, ukuran dan konsentrasi yang bergantung pada kecepatan pendinginan dan kontenpaduan karbon. Perlit dan fase perantaranya juga terbentuk: sorbit, troostit, bainit.
Pada penurunan suhu yang signifikan, dekomposisi austenit tidak bersifat difusi. Distorsi kompleks kristal terjadi, di mana semua atom secara bersamaan dipindahkan dalam bidang tanpa mengubah lokasinya. Kurangnya difusi berkontribusi pada nukleasi martensit.
Pengaruh pengerasan pada karakteristik dekomposisi austenit. Martensit
Pengerasan adalah jenis perlakuan panas, yang intinya adalah pemanasan cepat hingga suhu tinggi di atas titik kritis Ac3 dan Acm, diikuti dengan pendinginan cepat. Jika suhu diturunkan dengan bantuan air dengan laju lebih dari 200˚С per detik, maka terbentuk fase acicular padat, yang disebut martensit.
Ini adalah larutan padat lewat jenuh dari penetrasi karbon ke dalam besi dengan kisi kristal tipe. Karena perpindahan atom yang kuat, ia terdistorsi dan membentuk kisi tetragonal, yang merupakan penyebab pengerasan. Struktur yang terbentuk memiliki volume yang lebih besar. Akibatnya, kristal yang dibatasi oleh bidang dikompresi, pelat seperti jarum lahir.
Marttensit kuat dan sangat keras (700-750 HB). Dibentuk secara eksklusif sebagai hasil pendinginan berkecepatan tinggi.
Pengerasan. Struktur difusi
Austenit adalah formasi dari mana bainit, troostit, sorbit dan perlit dapat diproduksi secara artifisial. Jika pendinginan pengerasan terjadi padakecepatan yang lebih rendah, transformasi difusi dilakukan, mekanismenya dijelaskan di atas.
Troostite adalah perlit, yang ditandai dengan tingkat dispersi yang tinggi. Itu terbentuk ketika panas berkurang 100˚С per detik. Sejumlah besar butiran kecil ferit dan sementit didistribusikan ke seluruh bidang. Sementit yang "dikeraskan" dicirikan oleh bentuk pipih, dan troostit yang diperoleh sebagai hasil tempering berikutnya memiliki visualisasi granular. Kekerasan - 600-650 HB.
Bainite adalah fase antara, yang merupakan campuran kristal ferit dan sementit karbon tinggi yang lebih tersebar. Dalam hal sifat mekanik dan teknologi, itu lebih rendah daripada martensit, tetapi melebihi troostit. Ini terbentuk dalam rentang suhu ketika difusi tidak mungkin, dan kekuatan kompresi dan pergerakan struktur kristal untuk transformasi menjadi martensit tidak cukup.
Sorbitol adalah jenis fase perlit seperti jarum kasar ketika didinginkan pada kecepatan 10˚С per detik. Sifat mekanik antara perlit dan troostit.
Perlite adalah kombinasi butiran ferit dan sementit, yang dapat berbentuk butiran atau pipih. Terbentuk sebagai hasil peluruhan halus austenit dengan laju pendinginan 1˚C per detik.
Beitite dan troostite lebih terkait dengan struktur pengerasan, sedangkan sorbite dan perlite juga dapat terbentuk selama tempering, annealing dan normalisasi, fitur yang menentukan bentuk butir dan ukurannya.
Efek anil padafitur peluruhan austenit
Hampir semua jenis anil dan normalisasi didasarkan pada transformasi timbal balik austenit. Anil penuh dan tidak lengkap diterapkan pada baja hypoeutektoid. Bagian dipanaskan dalam tungku di atas titik kritis Ac3 dan Ac1 masing-masing. Tipe pertama ditandai dengan adanya periode penahanan yang lama, yang memastikan transformasi lengkap: ferit-austenit dan perlit-austenit. Ini diikuti dengan pendinginan lambat benda kerja di tungku. Pada output, campuran ferit dan perlit yang tersebar halus diperoleh, tanpa tekanan internal, plastik dan tahan lama. Anil tidak lengkap kurang intensif energi dan hanya mengubah struktur perlit, meninggalkan ferit hampir tidak berubah. Normalisasi menyiratkan tingkat penurunan suhu yang lebih tinggi, tetapi juga struktur plastik yang lebih kasar dan lebih sedikit di pintu keluar. Untuk paduan baja dengan kandungan karbon 0,8 hingga 1,3%, pada pendinginan, sebagai bagian dari normalisasi, dekomposisi terjadi dalam arah: austenit-perlit dan austenit-sementit.
Jenis perlakuan panas lain berdasarkan transformasi struktural adalah homogenisasi. Ini berlaku untuk sebagian besar. Ini menyiratkan pencapaian absolut dari keadaan berbutir kasar austenitik pada suhu 1000-1200 ° C dan paparan dalam tungku hingga 15 jam. Proses isotermal berlanjut dengan pendinginan lambat, yang membantu meratakan struktur logam.
Anil isotermal
Masing-masing metode yang terdaftar untuk mempengaruhi logam untuk menyederhanakan pemahamandianggap sebagai transformasi isotermal austenit. Namun, masing-masing hanya pada tahap tertentu memiliki ciri khas. Pada kenyataannya, perubahan terjadi dengan penurunan panas yang stabil, yang kecepatannya menentukan hasilnya.
Salah satu metode yang paling mendekati kondisi ideal adalah isothermal annealing. Esensinya juga terdiri dari pemanasan dan penahanan sampai dekomposisi lengkap semua struktur menjadi austenit. Pendinginan dilakukan dalam beberapa tahap, yang berkontribusi pada dekomposisi yang lebih lambat, lebih lama, dan lebih stabil secara termal.
- Penurunan suhu yang cepat hingga 100˚C di bawah titik Ac1.
- Retensi paksa dari nilai yang dicapai (dengan menempatkan dalam tungku) untuk waktu yang lama sampai proses pembentukan fase ferit-perlit selesai.
- Pendinginan di udara diam.
Metode ini juga berlaku untuk baja paduan, yang dicirikan oleh adanya austenit sisa dalam keadaan dingin.
Baja austenit dan austenitik yang tertahan
Kadang-kadang peluruhan tidak lengkap mungkin terjadi jika ada austenit yang tertahan. Ini dapat terjadi dalam situasi berikut:
- Pendinginan terlalu cepat ketika peluruhan total tidak terjadi. Ini adalah komponen struktural dari bainit atau martensit.
- Baja karbon tinggi atau baja paduan rendah, yang proses transformasi terdispersi austenitiknya rumit. Memerlukan metode perlakuan panas khusus seperti homogenisasi atau anil isotermal.
Untuk paduan tinggi -tidak ada proses dari transformasi yang dijelaskan. Baja paduan dengan nikel, mangan, kromium berkontribusi pada pembentukan austenit sebagai struktur kuat utama, yang tidak memerlukan pengaruh tambahan. Baja austenitik dicirikan oleh kekuatan tinggi, ketahanan korosi dan ketahanan panas, ketahanan panas dan ketahanan terhadap kondisi kerja agresif yang sulit.
Austenit adalah struktur tanpa pembentukan yang tidak memungkinkan pemanasan suhu tinggi pada baja dan yang terlibat dalam hampir semua metode perlakuan panasnya untuk meningkatkan sifat mekanik dan teknologi.
