Краткие сведения из теории.

Научные основы термической обработки были впервые разработаны великим русским металлургом Д.К. Черновым, открывшим в 1868 г. структурные превращения в стали. Режимы термической обработки стали связаны с критическими точками.

Точки, соответствующие температуре превращения одной фазы в другую называются критическими точками, обозначающимися буквой А с индексами c и r (c - при нагреве, r - при охлаждении) и цифрами. Например, Ас₃ при нагреве (или Аr₃ - при охлаждении).

Для сталей характерны следующие критические точки. Нижняя критическая точка, обозначаемая А₁, лежит на линии PSK и соответствует превращению аустенит ↔ перлит (рис.1). Верхняя кри­тическая точка А₃, лежит на линии GSЕ и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных сталях или цементита (вторичного) в заэвтектоидных сталях (рис.1).

Из-за температурного гистерезиса превращения при нагревании стали начинаются при температурах несколько выше критических точек, а при охлаждении - ниже этих точек.

Критические точки важно знать не только для характеристики превращений, но и для выполнения таких операций термической обработки стали как отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Проводя механическую или термическую обработку сплава (в том числе и стали) важно помнить связь: химсостав - структура - свойства. Свойства являются функцией структуры. Если структура не меняется в процессе любой обработки - следовательно, не меняются и свойства.

Для широко применяемых сталей в промышленности критические точки определены и представлены в технической литературе. Но критические точки одной стали, но разных плавок могут несколько отличаться, что обусловлено отклонением легирующих элементов и примесей от среднего состава.

Рис. 1. «Стальной участок диаграммы состояния железо-цемент.

Студенту, который, прослушав теоретический материал, связанный с закалкой стали, полезно, даже необходимо познакомиться на практике с технологией выполнения закалки и таким методом определения критических точек при нагревании стали как метод пробных закалок.

При закалке углеродистых сталей образуется структура, которую называют мартенситом. Мартенсит представляет собой перенасыщенный твердый раствор углерода в Fe_a.

Растворимость углерода в Fe_a при комнатной температуре очень мала (по разным литературным источникам составляет от 0,005 до 0,01 %С). В мартенсит переходит весь углерод, который был растворен в исходном аустените. Поэтому мартенсит является метастабильным перенасыщенным твердым раствором углерода в Fe_a . Внедренные атомы углерода между атомами железа делают решетку ОЦК тетрагональной.