Для устранения крупнозернистой структуры стали используют: Для устранения крупнозернистой структуры стали проводят …

alexxlab | 24.09.1980 | 0 | Разное

Содержание

Тестирование по материаловедению / ДЕ2

ДЕ. 2. Основы термической обработки

1. Термическая обработка стали

2. Химико-термическая обработка стали

№ п/п

ТЗ

Выберите один вариант ответа

структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор углерода в α–железе, это…

А) аустенит

В) мартенсит

С) феррит

D) цементит

термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее до аустенитного состояния, выдержке и последующем быстром охлаждении, это…

А) отжиг

В) полная закалка

С) неполная закалка

D) нормализация

температура, с которой проводят закалку углеродистых заэвтектоидных сталей, …

А) на 30…50 °С выше Ат

В) на 30…50 °С ниже линии ECF диаграммы Fe–C

С) на 30…50 °С выше эвтектической температуры

D) на 30…50 °С выше А1

температура закалки стали 50 составляет…

А) 600…620 °С

В) 810…830 °С

С) 740…760 °С

D) 1030…1050 °С

температура закалки стали У12 составляет…

А) 760…780 °С

В) 600…620 °С.

С) 1030…1050 °С

D) 820…840 °С

закаливаемость – это…

А) глубина проникновения закаленной зоны

В) процесс образования мартенсита

С) способность металла быстро прогреваться на всю глубину

D) способность металла повышать твердость при закалке

термическая обработка, состоящая в нагреве закалённой стали ниже А1, выдержке и последующем охлаждении на воздухе, это…

А) отжиг

В) закалка

С) отпуск

D) нормализация

вид отпуска, при котором закаленное изделие приобретает наибольшую пластичность, это…

А) низкий отпуск

В) высокий отпуск

С) пластичность стали является ее природной характеристикой и не зависит от вида отпуска.

D) средний отпуск

термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, это…

А) нормализация

В) улучшение

С) сфероидизация

D) полная закалка

термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее до аустенитного состояния, выдержке и последующем охлаждении вместе с печью, это…

А) неполный отжиг

В) полный отжиг

С) рекристаллизационный отжиг

D) низкий отжиг

термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее до аустенитного состояния и последующего охлаждения на спокойном воздухе, это…

А) истинная закалка

В) улучшение

С) неполный отжиг

D) нормализация

Изделие, для которого рекомендованы закалка и средний отпуск, это…

А) сверло

В) метчик

С) вал

D) пружина

Изделие, для которого рекомендованы закалка и низкий отпуск, – это…

А) сверло

В) рессора

С) вал

D) пружина

Изделие, для которого рекомендованы закалка и высокий отпуск, – это…

А) сверло

В) рессора

С) вал

D) пружина

Операции термообработки вновь изготовленной шпильки головки блока – это

А) высокий отпуск

В) закалка

С) отжиг

D) закалка и высокий отпуск

сталь, которая не упрочняется при закалке, – это…

А) 20

В) 45

С) 65

D) У12

75. кристаллическая решетка, которую имеет мартенсит, …

А) кубическая

В) ГПУ

С) тетрагональная

D) ГЦК

77. критическАЯ скорость охлаждения при закалке – это…

А) максимальная скорость охлаждения, при которой еще протекает распад аустенита на структуры перлитного типа

В) минимальная скорость охлаждения, необходимая для получения мартенситной структуры

С) минимальная скорость охлаждения, необходимая для фиксации аустенитной структуры

D) минимальная скорость охлаждения, необходимая для закалки изделия по всему сечению

линия диаграммы состояния железо-углерод, на которой расположены критические точки Am, это…

А) PSK

B) SE

C) ECF

D) GS

линия диаграммы состояния железо-углерод, на которой расположены критические точки A3, это…

А) PSK

B) SE

C) ECF

D) GS

линия диаграммы состояния железо-углерод, на которой расположены критические точки A

1, это…

А) PSK

B) SE

C) ECF

D) GS

структурный состав, который приобретает доэвтектоидная сталь после закалки от температуры выше Ас1, но ниже Ас3, – это…

А) мартенсит + вторичный цементит

В) мартенсит + феррит

С) феррит + перлит

D) перлит + вторичный цементит

фактор, не позволяющий применять неполную закалку для доэвтектоидных сталей (в отличие от заэвтектоидных), – это…

А) образуется мартенсит с малой степенью пересыщения углеродом

B) образуются структуры немартенситного типа (сорбит, троостит)

С) изделие прокаливается на недостаточную глубину

D) в структуре, наряду с мартенситом, остаются включения феррита

влияние температуры отпуска НА твердость изделий из углеродистой стали – это…

А) влияние температуры отпуска на твердость неоднозначно

В) чем выше температура нагрева, тем выше твердость

С) чем выше температура нагрева, тем ниже твердость

D) твердость не зависит от температуры отпуска

улучшение стали – это…

A) закалка на мартенсит и последующий высокий отпуск на сорбит

B) отжиг на перлит

C) закалка на троостит

D) закалка на мартенсит и низкий отпуск

структура заэвтектоидной стали после полного отжига – это…

A) пластинчатый перлит

B) цементит + перлит

C) феррит + перлит

D) мартенсит

Структура, в которую превращается аустенит при охлаждении эвтектоидной стали со скоростью выше критической, это…

A) бейнит

B) сорбит

C) перлит

D) мартенсит

операция термической обработки, которую проводят для уменьшения количества остаточного аустенита в углеродистых сталях после закалки, это…

A) гомогенизирующий отжиг

B) обработка холодом

C) низкий отпуск

D) высокий отпуск

операция термической обработки, которую используют для устранения крупнозернистой структуры стали, это…

A) нормализация

B) гомогенизирующий отжиг

C) улучшение

D) закалка

фактор, который влияет на закаливаемость стали, это…

A) степень раскисления

B) содержание примесей

C) содержание углерода

D) содержание легирующих примесей

структура, в которую превращается мартенсит при среднем отпуске углеродистых сталей, это…

A) сорбит отпуска

B) перлит отпуска

C) мартенсит отпуска

D) троостит отпуска

температуры, при которых проводят неполный отжиг заэвтектоидных сталей, это…

A) 750 0С…780 0С

B) 660 0С…680 0С

C) 160 0С…180 0С

D) 1100 0С…1200 0С

операция термической обработки, которую используют для получения зернистого перлита в структуре заэвтектодных сталей, это…

A) неполный отжиг

B) нормализация

C) полный отжиг

D) гомогенизирующий отжиг

критическая скорость охлаждения при закалке – это …

A) максимальная скорость охлаждения, при которой аустенит еще распадается на структуры перлитного типа

B) минимальная скорость охлаждения, необходимая для получения трооститной структуры

C) минимальная скорость охлаждения, необходимая для получения мартенситной структуры

D) минимальная скорость охлаждения, необходимая для фиксации аустенитной структуры

феррито-цементитная смесь, которая обладает наибольшей твердостью, это…

A) сорбит

B) зернистый перлит

C) пластинчатый перлит

D) троостит

Выберите два варианта ответа:

цель рекристаллизационного отжига сталей – это:

A) снятие остаточных напряжений

B) устранение крупнозернистой структуры

C) устранение наклепа после холодной пластической деформации

D) уменьшение ликвации

установите соответствие вида отпуска температуре нагрева:

Вид отпуска: Температура нагрева:

1) Низкий A) 150…200 ОС

2) Средний B) 300…400 ОС

С) 500…600 ОС

1 – ____; 2 – _____.

установите соответствие вида отпуска температуре нагрева:

Вид отпуска: Температура нагрева:

1) Низкий A) 150…200 ОС

2) Высокий B) 300…400 ОС

С) 500…600 ОС

1 – ____; 2 – _____.

установите соответствие вида отпуска температуре нагрева:

Вид отпуска: Температура нагрева:

1) Высокий A) 150…200 ОС

2) Средний B) 300…400 ОС

С) 500…600 ОС

1 – ____; 2 – _____.

дополните:

Структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор углерода в α–железе, называется ____________________.

дополните:

Термическая обработка, состоящая в нагреве закалённой стали ниже А1, выдержке и последующем охлаждении на воздухе, называется __________________________.

дополните:

Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется _______________________.

дополните:

Термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее до аустенитного состояния и последующего охлаждения на спокойном воздухе, называется _______________________.

Установите правильную последовательность

Укажите структуры в порядке убывания их твердости:

A) феррит

B) мартенсит

C) сорбит

D) троостит

конечная цель цементации стали – это…

А) создание мелкозернистой структуры сердцевины

В) повышение содержания углерода в стали

C) получение в изделии твердого поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины

D) увеличение пластичности поверхностного слоя

обработка, состоящая в насыщении поверхности стали одновременно азотом и углеродом, это…

А) азотирование

В) улучшение

С) цианирование (нитроцементация)

D) модифицирование

стали, которые подвергаются цементации, это…

А) высокоуглеродистые (более 0,7 % С)

В) высоколегированные

C) низкоуглеродистые (0,1 … 0,25 % С)

D) среднеуглеродистые (0,3 … 0,5 % С)

обработка, которая применяется для упрочнения вала, изготовленного из стали 18хгт, это…

А) объемная закалка

В) цементация, закалка, низкий отпуск

С) закалка токами высокой частоты

D) ступенчатая закалка

стали, которые подвергаются цементации, – это…

А) 40ХН3МА, 30ХГСА

В) Х12М1, У10

С) 15ХФ, 20

D) 65, ШХ15

стали, которые подвергаются азотированию, – это…

А) 40ХН3МА, 30ХГСА

В) Х12М1, У10

С) 15ХФ, 20

D) 65, ШХ15

обработка, состоящая в насыщении поверхности стали азотом, это…

А) азотирование

В) улучшение

С) цианирование (нитроцементация)

D) модифицирование

обработка, состоящая в насыщении поверхности стали углеродом, это…

А) азотирование

В) улучшение

С) цианирование (нитроцементация)

D) цементация

обработка, состоящая в насыщении поверхности стали алюминием, это…

А) алитирование

В) хромирование

С) борирование

D) силицирование

обработка, состоящая в насыщении поверхности стали кремнием, это…

А) алитирование

В) хромирование

С) борирование

D) силицирование

карбюризатор – это…

А) вещество, служащее источником углерода при цементации

В) карбид легирующих элементов

С) устройство для получения топливовоздушной среды

D) металлический ящик с науглераживающим веществом

химико-термическая обработка металлов – это…

A) обработка поверхности металла химически активными веществами с целью удаления с поверхности оксидных пленок

B) корректировка химического состава стали в процессе выплавки путем введения в расплав легирующих элементов

C) обработка, проводимая для повышения механических свойств

D) термическая обработка металлов в химически активной среде, изменяющая состав и свойства поверхностного слоя изделия

Операции, которые проводят после цементации детали, это…

A) закалка и низкий отпуск

B) закалка и высокий отпуск

C) нормализация и отжиг

D) дополнительная термообработка

цель азотирования – это…

A) получение мелкозернистой структуры сердцевины

B) увеличение пластичности поверхностного слоя

C) повышение окалиностойкости

D) повышение твердости, износостойкости, коррозионной стойкости поверхностного слоя

дополните:

Процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом называется _________________________.

дополните:

Процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом называется _________________________.

дополните:

Поверхностное насыщение стали кремнием называется _________________________.

дополните:

Поверхностное насыщение стали хромом называется _________________________.

дополните:

Поверхностное насыщение стали алюминием называется _________________________.

дополните:

Поверхностное насыщение стали бором называется _________________________.

Последовательность операций при цементации деталей:

  1. закалка

  2. цементация

  3. низкий отпуск

Последовательность операций при азотировании деталей:

A) механическая обработка для получения окончательного размера

B) азотирование

C) защита участков, на подлежащих азотированию

D) доводка деталей

E) предварительная термическая обработка

цели и назначение, температура обработки


Общие положения

Принцип большинства технологий термической обработки подразумевает нагрев и выдержку сталей и охлаждение, что изменяет их строение. Несмотря на один принцип и сходные цели, каждая из них имеет определенные температурные и временные режимы. Термообработка может служить и в качестве промежуточного этапа, и выполнять роль окончательного технологического процесса. В первом случае такие методы используются для подготовки материала к последующей обработке, а во втором данным способом придают новые свойства.

Нормализацией стали называют процесс нагрева, выдержки материала, его последующего охлаждения на воздухе.

В результате формируется нормализованная структура. Этим объясняется название данного способа обработки.

Нормализация применяется для разных сталей, а также отливок. К тому же данной операции подвергают для измельчения структуры материала сварные швы.

Отжиг и нормализация углеродистой стали

Отжиг стали.

Отжигом называется операция термической обра­ботки, при которой путем нагрева, выдержки при установленных температурах и последующего медленного охлаждения в стали по­лучают устойчивую структуру, свободную от остаточных напряже­ний. Цель отжига стальных изделий — снять внутренние напряже­ния, устранить структурную неоднородность, улучшить обрабатыва­емость резанием и подготовить к последующей термической обра­ботке.

Отжиг стали может быть с фазовой перекристаллизацией: пол­ный, изотермический, на зернистый перлит и диффузионный, а так­же без фазовой перекристаллизации — рекристаллизационный.

Рис. 1. Интервалы температур для различных видов отжига и нормализации углеродистой стали

Отжиг включает следующие операции.

1. Нагрев стали до температур, на 20—30° превышающих верх­нюю критическую точку АС1, т. е. лежащих выше линии GS, — полный отжиг для доэвтектоидных сталей (рис. 1), или нагрев ста­ли до температур, на 30—40° превышающих нижнюю критическую точку AC1 т. е. расположенных выше линии PSK, — неполный от­жиг.

2. Выдержка детали в течение времени, достаточного для равно­мерного прогрева ее по всему сечению до заданных температур и для завершения всех структурных (фазовых) превращений, которые должны полностью закончиться. Законченность структурных превра­щений в стали при отжиге составляет цель данной операции: лишь в этом случае свойства стали после отжига существенно улучшаются.

3. Медленное охлаждение стали от температур отжига со ско­ростью, меняющейся (от 10 до 100° в час) в зависимости от марки стали, формы и назначения детали.

Полному отжигу подвергают обычно доэвтектоидные стали, нагревая их до температур выше линии GS, выдерживая при них в течение 1/4 продолжительности нагрева и медленно ох­лаждая вместе с печью до 600 — 400° С. Углеродистые стали охлаждают со скоростью 100—150° в час, легированные — со ско­ростью 30—50° в час. Полный отжиг сопровождается фазовой пере­кристаллизацией, в результате чего крупнозернистая сталь полу­чает мелкозернистую структуру, освобождается от внутренних нап­ряжений, становится мягкой и вязкой. Для отжига изделия упако­вывают в ящики, трубы или реторты, которые затем наполняют песком, чугунной стружкой или углем, чтобы предохранить поверх­ность изделий от обезуглероживания и окисления. Наилучшие ре­зультаты дает применение защитной атмосферы. Отжиг в защитной атмосфере называют светлым, так как при этом способе обезуглероживания и окисления почти не бывает и поверхность изделий оста­ется относительно светлой.

Неполный отжиг является разновидностью отжига пе­рекристаллизации. При неполном отжиге сталь нагревают до тем­пературы, на 30—40° превышающей нижнюю критическую точку АС1 (см. рис. 1), т. е. до 750—760° С.

Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали при температурах 680—750° С способствует образованию крупноплас­тинчатого перлита, облегчающего обрабатываемость стали резани­ем. Для мягких доэвтектоидных сталей, содержащих до 0,4—0,5% углерода, этот вид отжига применяют редко, так как они и без от­жига достаточно хорошо обрабатываются резанием. Для инструмен­тальных сталей, особенно заэвтектоидных, неполный отжиг явля­ется единственным видом отжига. Он способствует снятию внутрен­них напряжений и улучшению обрабатываемости резанием.

Отжигу на зернистый перлит подвергают эвтектоидные и заэвтектоидные стали. Для отжига сталь нагревают на 20—30° выше критической точки ACi(см. рис. 54) и после выдер­жки при рабочей температуре в течение 3—5 часов медленно охлаж­дают (со скоростью 30—50° в час) до 650—600° С. В результате дли­тельной выдержки пластинчатый перлит превращается в зернистый; это явление называется сфероидизацией (округлением). Высокоуглеродистые инструментальные стали, содержащие более 0,65% углерода, со структурой зернистого перлита хорошо обра­батываются резанием и лучше поддаются закалке; они обладают мень­шей склонностью к образованию трещин и короблению. В некоторых случаях, чтобы ускорить процесс сфероидизации перлита, нагрев и охлаждение повторяют несколько раз. Такой отжиг называется м а я т н и к о в ы м, или цикличным. При цикличном отжи­ге инструментальную сталь нагревают до 730—750° С и медленно охлаждают до 650° С; процесс повторяют несколько раз. Все за­эвтектоидные (инструментальные) стали отжигают на зернистый перлит.

Изотермический отжиг заключается в нагреве ста­ли выше критической точки АС3 и выдержке при этой температуре в течение времени, необходимого для полного и равномерного про­грева. Затем сталь относительно быстро охлаждают до температу­ры ниже Ar1(650—700° С). При этой постоянной (изотермической) температуре сталь выдерживают определенное время, необходимое для полного распада аустенита с образованием перлита (в доэвтек-тоидной стали — феррита и перлита), и затем охлаждают на возду­хе. Изотермический отжиг имеет почти вдвое более короткий цикл,

чем обычный отжиг.

Рис. 2. Интервал закалочных темпера­тур углеродистой стали

Преимущества изотер­мического отжига —од­нородность структуры и ускорение процесса, осо­бенно при отжиге леги­рованной стали. Для сталей, содержащих большое количество хро­ма, никеля и других эле­ментов, только изотер­мический отжиг позво­ляет добиться превра­щения весьма устойчи­вого аустенита в перлит и феррит и обеспе­чить хорошую обра­батываемость стали ре­жущим инструментом. Диффузионный отжиг применяют для слитков и крупных отливок, чтобы выравнять (путем диффузии) химический состав стали, имеющий внутрикристаллическую ликвацию. Сталь нагревают до 1050—1150° С, выдерживают при этой температуре 10—15 часов и затем медленно охлаждают до 600 — 550° С. Диф­фузионный отжиг приводит к росту зерна стали; этот дефект уст­раняют повторным отжигом на мелкое зерно (полный отжиг). Сталь, прошедшая гомогенизацию, обладает более высокими меха* ническими свойствами; особенно повышается ударная вязкость.

Рекристаллизационным отжигом называется отжиг стали, прошедшей холодную прокатку, волочение или холод­ную штамповку, с выдержкой при температуре 680—700° С и после­дующим охлаждением. Этой температуры достаточно для того, что­бы возвратить стали свойства, которые она имела до холодной обработки давлением. В результате такого отжига понижается твер­дость и прочность, но повышаются показатели пластичности — отно­сительное удлинение, ударная вязкость.

Нормализация стали.

Нормализацией называется нагрев стали выше линии GSE на 30—50° (см. рис. 1) свыдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений и наклепа, по­вышения механических свойств стали.

Слово «нормализация» указывает на то, что сталь после этой операции получает нормальную, однородную, мелкозернистую структуру; перлит приобретает тонкое строение. Нормализации подвергают отливки и поковки. В настоящее время нормализация распространена в машиностроении больше, чем отжиг, так как она более производительна и дает лучшие результаты.

Источник: Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Принципы

Суть нормализации состоит в нагреве стали до температуры, превышающей верхние критические значения температуры на 30 — 50°С , выдержке и охлаждении.

Температуру подбирают на основе типа материала. Так, заэвтектоидные варианты следует нормализовать в температурном интервале между точками Ас1 и Ас3, в то время как для доэвтектоидной стали используют температуры более Ас3. В результате все материалы первого типа приобретают одинаковую твердость ввиду того, что в раствор переходит одинаковое количество углерода, и фиксируется одинаковое количество аустенита. Получается состоящая из мартенсита и цемента структура.

Второй компонент способствует повышению износостойкости и твердости материала. Нагрев высокоуглеродистой стали более Ас3 ведет к увеличению внутренних напряжений вследствие роста зерен аустенита и повышению его количества за счет возрастания концентрации углерода в нем, приводящей к снижению температуры мартенситного превращения. Из-за этого сокращаются твердость и прочность.

Что касается доэвтектоидной стали, при нагреве более Ас3 она получает повышенную вязкость. Это обусловлено тем, что в низкоуглеродистой стали при этом образуется мелкозернистый аустенит, который после охлаждения переходит в мелкокристаллический мартенсит. Температуры между Ас1 и Ас3 не используют для обработки таких материалов, так как структура доэвтектоидной стали в данном случае получает феррит, снижающий ее твердость после нормализации и механические свойства после отпуска.

Оптимальные температуры нагрева при различных видах термообработки

Время выдержки определяет степень гомогенизации структуры. Нормативным показателем считают час выдержки на 25 мм толщины.

Интенсивность охлаждения в существенной степени определяет количество перлита и размеры пластин.

Так, существует прямая зависимость между данными величинами. То есть с повышением интенсивности охлаждения формируется больше перлита, расстояние между пластинами и их толщина сокращаются. Это увеличивает твердость и прочность нормализованной стали. Следовательно, низкая интенсивность охлаждения способствует образованию материала меньшей прочности и твердости.

К тому же при обработке предметов с большими перепадами сечения стремятся снизить термические напряжения во избежание коробления, причем и при нагреве, и при охлаждении. Так, перед началом работ их нагревают в соляной ванне.

При снижении температуры обрабатываемого изделия до нижней критической точки допустимо ускорение охлаждения путем помещения его в масло или воду.

Таким образом, нормализация сокращает внутренние напряжения, измельчает крупнозернистую структуру поковок, отливок, сварных швов путем перекристаллизации. То есть изменяется микроструктура стали.

Что такое химико-термическая обработка металлов: общие принципы и назначение для стали

Технология заключается в трансформации наружного слоя посредством изменения его структуры и состава. Ниже рассмотрим ее особенности. Процедура позволяет получить твердость и износоустойчивость. Состав элементов меняется из-за проникновения их в материал из используемой среды. Структура и состав внешней поверхности трансформируется. Технология осуществляется в несколько этапов:

  • диссоциация – разложение в условиях газа молекул и различных соединений с последующим созданием активных атомов;
  • адсорбция – забор свободных атомов из газа;
  • диффузия – попадание вглубь металла абсорбированных атомов под воздействием их тепловой энергии без стороннего воздействия.

Процесс осуществляется посредством нагревания детали и выдержки ее в активной среде, содержащей необходимые химические компоненты. Концентрация охладителя бывает различной. Качество слоя зависит от правильности сочетания всех этапов.

Назначение

Нормализацию используют в различных целях. Путем осуществления данных работ как повышают, так и наоборот снижают твердость стали, ударную вязкость и прочность. Это определяется термической и механической историей материала. Данную технологию применяют с целью сокращения остаточных напряжений либо улучшения степени обрабатываемости материала различными методами.

Стальные отливки подвергают такой обработке для гомогенизации структуры, повышения подверженности термическому упрочнению, сокращения остаточных напряжений.

Получаемые путем обработки давлением предметы нормализуют после ковки и прокатки для сокращения разнозернистости структуры и ее полосчатости соответственно.

Нормализация с отпуском служит в качестве замены закалки для предметов сложной формы либо с резкими перепадами по сечению. Данный способ позволяет избежать дефектов.

Процесс нормализации стали

Кроме того, нормализацию используют с целью измельчения крупнозернистой структуры, улучшения структуры перед закалкой, повышения обрабатываемости резанием, устранения сетки вторичного цемента в заэвтектоидной стали, подготовки к завершающей термической обработке стали после нормализации.

Назначение технологии

Нормализация стали может проводиться в гаражных условиях при наличии соответствующего оборудования. Достоинством технологии является получение тонкого эвтектоида. Строение этого слоя напрямую влияет на прочность и жесткость металла.

Так как нормализация стали проводится для улучшения качества изделия, соответственно, повышается стоимость его изготовления. Технология применяется лишь при необходимости. Для слабонагруженных деталей проводить её не требуется. Часто она применима для выпуска сортового металла.

Технология может быть заменой такой процедуры, как закалка с высоким отпуском, классический отжиг. Нормализация стали среднеуглеродистой не даёт высокой прочности, сравнимой со структурой после закалки. Но она не приводит к сильной деформации и помогает избавиться от внутренних трещин.

Близкие процессы

Термическая обработка стали, помимо нормализации, включает отжиг, отпуск, закалку, криогенную обработку, дисперсионное твердение. Цель нормализации, как и принцип осуществления, совпадает с названными технологиями. Поэтому далее проведено сравнение данных процессов.

Отжиг дает более тонкую структуру перлита, так как подразумевает охлаждение в печи. Его применяют в целях снижения структурной неоднородности, напряжения после обработки литьем или давлением, придания мелкозернистой структуры, улучшения обработки резанием.

Принцип закалки аналогичен, за исключением больших температур, чем при нормализации, и повышенной скорости охлаждения, благодаря тому, что его производят в жидкостях. Закалка повышает прочность и твердость, как и нормализация. Однако полученные таким способом детали отличаются хрупкостью и пониженной ударной вязкостью.

Отпуск используется после закалки для сокращения хрупкости и напряжений. Для этого материал нагревают до меньшей температуры и охлаждают на воздухе. С ростом температуры падают предел прочности и твердость, и увеличивается ударная вязкость.

Дисперсионное твердение, относящееся также к окончательной обработке, подразумевает выделение дисперсных частиц в твердом растворе после закалки при меньшем нагреве с целью упрочнения.

Благодаря криогенной обработке материал получает равномерную структуру и твердость. Такая технология особо актуальна для закаленной углеродистой стали.

Другие методы термической обработки

Кроме нормализации, термическая обработка стали включает в себя такие процессы:

  • отжиг;
  • закалка;
  • отпуск;
  • обработка криогенным способом;
  • дисперсионное твердение.

Принцип выполнения и цели у каждой технологии одинаковые, однако, каждая имеет свои отличительные особенности:

  • отжиг — благодаря ему структура перлита будет максимально тонкой, поскольку охлаждение происходит в печи. Отжиг позволяет снизить структурную неоднородность, а также напряжение после обработки посредством литья или под давлением, придать структуре мелкозернистость или улучшить обработку резанием;
  • закалка — принцип технологии такой же, но температуры более высокие по сравнению с нормализацией и скорость охлаждения тоже выше. Процесс происходит в жидкостях. Благодаря закалке повышается прочность и твердость материала, а детали в итоге будут иметь низкую ударную вязкость и хрупкость;
  • отпуск — отпуск, выполняемый после закалки, снижает напряжение и хрупкость. С этой целью материал прогревается до малой температуры и охлаждается на улице. На фоне повышения температуры предел прочности и твердость падают, и повышается ударная вязкость;
  • криогенная обработка — благодаря ей материал будет иметь равномерную структуру и твердость, эта технология максимально подходит для закаленной углеродистой стали;
  • дисперсионное твердение — окончательная обработка, в ходе которой дисперсные частицы выделяются в твердом растворе после закалки при малом нагреве для придания материалу прочности.

Для выполнения термической обработки потребуется следующее:

  • баки с водой и маслом;
  • бумага шлифовальная;
  • микроскоп металлографический;
  • печь с термоэлектрическим пирометром;
  • твердомеры по Роквеллу;
  • наборы микрошлифов (сорбит, мартенсит, феррит-мартенсит и т. д. ).

Применение

Выбор какого-либо из рассмотренных способов обработки определяется концентрацией в стали углерода. Для материалов с величиной данного показателя до 0,2% предпочтительнее использовать нормализацию. Стали с количеством углерода 0,3 — 0,4% обрабатывают и нормализацией, и отжигом. В таких случаях выбор способа осуществляют на основе требуемых свойств материала. Так, нормализация стали придает ей мелкозернистую структуру, большие прочность и твердость в сравнении с отжигом. Кроме того, данная технология является более производительным процессом. Следовательно, при прочих равных условиях она более предпочтительна. Закалке ее предпочитают ввиду хрупкости получаемых таким способом изделий и при обработке предметов с перепадами сечения во избежание дефектов.

Таким образом, нормализацию можно считать промежуточной технологией по отношению к ним: она дает материал большей твердости, чем отжиг, но менее хрупкий в сравнении с закалкой, улучшая структуру и сокращая напряжения. Ввиду этого нормализация получила в машиностроении более обширное распространение.

Выбор способа термообработки для стали

Нормализацию или другой способ термической обработки стали выбирают в зависимости от концентрации в ней углерода. Если материал содержит его в количестве до 0,2%, то наиболее приемлемым способом является нормализация. Если углерода присутствует 0,3−0,4%, то подойдет как нормализация, так и отжиг.

Выбирать тот или иной способ обработки также следует в зависимости от требуемых свойств. Например, нормализация придаст изделию мелкозернистую структуру, а по сравнению с отжигом — большую твердость и прочность.

Во многих случаях нормализация является наиболее предпочтительным методом обработки материалов, поскольку имеет немало преимуществ по сравнению с другими. Во многих отраслях, в частности, машиностроении, его используют для термообработки чаще всего.

Суть обработки

Нормализация — это нагрев металлической заготовки до температуры на 50 градусов выше критической. После нагревания выполняется охлаждение. Однако между этими процессами проводится выдержка при температуре нормализации.

Градус нагрева зависит от материала детали. Чтобы рассчитать время теплового воздействия, необходимо обратить внимание на гомогенизацию структуры металла. Оптимальным показателем является — выдерживание в течение 1 часа при толщине 25 мм.

При охлаждении необходимо учитывать определённые моменты. Когда температура упадет ниже критической, нужно ускорить процесс охлаждения. Для этого деталь окунают в емкость с маслом или водой. Количество преимуществ и недостатков готового изделия зависит от правильно проведённой термической обработки и последующего охлаждения.

Термообработка, отпуск, отжиг, нормализация, побежалость

Режимы нормализации стали – температура, время

При охлаждении на воздухе аустенит распадается в температурном промежутке перлитного превращения. Нагрев металла может осуществляться по нескольким режимам. Между собой они отличаются по условиям проведения процесса.

  • Время выдержки. Один час на каждые 25 мм толщины сечения металла или заготовок в нагретом состоянии считается нормой. Исправляются дефекты сплава, его химического состава. Нагреваясь до очень высокой температуры, атомы легирующих элементов равномерно распределяются по внутреннему пространству.
  • Температура нагрева. Она разная для металлов и сплавов. Подбирается опытным путем. 1100 градусов считаются оптимальными при ТО стали. Для ее диффузионной нормализации требуется 10-20 часов в нагретом состоянии и последующее медленное охлаждение.
  • Тип охлаждения. Чаще всего это продолжительный по времени теплообмен с наружной средой.
  • Скорость охлаждения. Зависит от характеристик – массы заготовки, отношения ее поверхности к объему. Чем скорость выше, тем больше образуется перлита. Его пластины утончаются и более тесно располагаются друг к другу, прочность материала повышается. Однородный по составу материал как раз и получается, благодаря медленному охлаждению.

Другие методы термообработки

Помимо процесса нормализации, существуют другие способы термообработки металлов и сплавов:

  1. Отпуск — технология, применяемая для уменьшения хрупкости и снижения внутренних напряжений в материале.
  2. Отжиг — метод, при котором уменьшается размер зёрен в структуре материала, снимаются внутренние напряжение.
  3. Закалка — методика, похожая на нормализацию. Отличия заключаются в более высоком температурном режиме нагрева и высокой скорости охлаждения.
  4. Криогенная обработка — технология, связанная с применением низких температур.
  5. Дисперсионное твердение — конечный этап термообработки. Обрабатываемой детали придаётся высокий показатель прочности.

Выше представлены основные способы обработки металлических заготовок, но порядок указан неправильно. Узнать его можно в любом источнике по металлообработке.

Нормализация стали считается одним из нескольких этапов термообработки. С его помощью изменяется структура и характеристики материала. При желании можно ухудшать или улучшать свойства заготовки.

Нормализация стали: процесс, температура, режимы, время

Одним из способов изменения параметров стали является термообработка. Она включает несколько методов, одним из которых является нормализация. Далее рассмотрены принципы и применение данной технологии, отличия ее от прочих методов этой группы.

Нормализация стали

Общие положения

Принцип большинства технологий термической обработки подразумевает нагрев и выдержку сталей и охлаждение, что изменяет их строение. Несмотря на один принцип и сходные цели, каждая из них имеет определенные температурные и временные режимы. Термообработка может служить и в качестве промежуточного этапа, и выполнять роль окончательного технологического процесса. В первом случае такие методы используются для подготовки материала к последующей обработке, а во втором данным способом придают новые свойства.

Нормализацией стали называют процесс нагрева, выдержки материала, его последующего охлаждения на воздухе.

В результате формируется нормализованная структура. Этим объясняется название данного способа обработки.

Нормализация применяется для разных сталей, а также отливок. К тому же данной операции подвергают для измельчения структуры материала сварные швы.

Принципы

Суть нормализации состоит в нагреве стали до температуры, превышающей верхние критические значения температуры на 30 — 50°С , выдержке и охлаждении.

Температуру подбирают на основе типа материала. Так, заэвтектоидные варианты следует нормализовать в температурном интервале между точками Ас1 и Ас3, в то время как для доэвтектоидной стали используют температуры более Ас3. В результате все материалы первого типа приобретают одинаковую твердость ввиду того, что в раствор переходит одинаковое количество углерода, и фиксируется одинаковое количество аустенита. Получается состоящая из мартенсита и цемента структура.

Второй компонент способствует повышению износостойкости и твердости материала. Нагрев высокоуглеродистой стали более Ас3 ведет к увеличению внутренних напряжений вследствие роста зерен аустенита и повышению его количества за счет возрастания концентрации углерода в нем, приводящей к снижению температуры мартенситного превращения. Из-за этого сокращаются твердость и прочность.

Что касается доэвтектоидной стали, при нагреве более Ас3 она получает повышенную вязкость. Это обусловлено тем, что в низкоуглеродистой стали при этом образуется мелкозернистый аустенит, который после охлаждения переходит в мелкокристаллический мартенсит. Температуры между Ас1 и Ас3 не используют для обработки таких материалов, так как структура доэвтектоидной стали в данном случае получает феррит, снижающий ее твердость после нормализации и механические свойства после отпуска.

Оптимальные температуры нагрева при различных видах термообработки

Время выдержки определяет степень гомогенизации структуры. Нормативным показателем считают час выдержки на 25 мм толщины.

Интенсивность охлаждения в существенной степени определяет количество перлита и размеры пластин.

Так, существует прямая зависимость между данными величинами. То есть с повышением интенсивности охлаждения формируется больше перлита, расстояние между пластинами и их толщина сокращаются. Это увеличивает твердость и прочность нормализованной стали. Следовательно, низкая интенсивность охлаждения способствует образованию материала меньшей прочности и твердости.

К тому же при обработке предметов с большими перепадами сечения стремятся снизить термические напряжения во избежание коробления, причем и при нагреве, и при охлаждении. Так, перед началом работ их нагревают в соляной ванне.

При снижении температуры обрабатываемого изделия до нижней критической точки допустимо ускорение охлаждения путем помещения его в масло или воду.

Таким образом, нормализация сокращает внутренние напряжения, измельчает крупнозернистую структуру поковок, отливок, сварных швов путем перекристаллизации. То есть изменяется микроструктура стали.

Назначение

Нормализацию используют в различных целях. Путем осуществления данных работ как повышают, так и наоборот снижают твердость стали, ударную вязкость и прочность. Это определяется термической и механической историей материала. Данную технологию применяют с целью сокращения остаточных напряжений либо улучшения степени обрабатываемости материала различными методами.

Стальные отливки подвергают такой обработке для гомогенизации структуры, повышения подверженности термическому упрочнению, сокращения остаточных напряжений.

Получаемые путем обработки давлением предметы нормализуют после ковки и прокатки для сокращения разнозернистости структуры и ее полосчатости соответственно.

Нормализация с отпуском служит в качестве замены закалки для предметов сложной формы либо с резкими перепадами по сечению. Данный способ позволяет избежать дефектов.

Процесс нормализации стали

Кроме того, нормализацию используют с целью измельчения крупнозернистой структуры, улучшения структуры перед закалкой, повышения обрабатываемости резанием, устранения сетки вторичного цемента в заэвтектоидной стали, подготовки к завершающей термической обработке стали после нормализации.

Близкие процессы

Термическая обработка стали, помимо нормализации, включает отжиг, отпуск, закалку, криогенную обработку, дисперсионное твердение. Цель нормализации, как и принцип осуществления, совпадает с названными технологиями. Поэтому далее проведено сравнение данных процессов.

Отжиг дает более тонкую структуру перлита, так как подразумевает охлаждение в печи. Его применяют в целях снижения структурной неоднородности, напряжения после обработки литьем или давлением, придания мелкозернистой структуры, улучшения обработки резанием.

Принцип закалки аналогичен, за исключением больших температур, чем при нормализации, и повышенной скорости охлаждения, благодаря тому, что его производят в жидкостях. Закалка повышает прочность и твердость, как и нормализация. Однако полученные таким способом детали отличаются хрупкостью и пониженной ударной вязкостью.

Отпуск используется после закалки для сокращения хрупкости и напряжений. Для этого материал нагревают до меньшей температуры и охлаждают на воздухе. С ростом температуры падают предел прочности и твердость, и увеличивается ударная вязкость.

Дисперсионное твердение, относящееся также к окончательной обработке, подразумевает выделение дисперсных частиц в твердом растворе после закалки при меньшем нагреве с целью упрочнения.

Благодаря криогенной обработке материал получает равномерную структуру и твердость. Такая технология особо актуальна для закаленной углеродистой стали.

Применение

Выбор какого-либо из рассмотренных способов обработки определяется концентрацией в стали углерода. Для материалов с величиной данного показателя до 0,2% предпочтительнее использовать нормализацию. Стали с количеством углерода 0,3 — 0,4% обрабатывают и нормализацией, и отжигом. В таких случаях выбор способа осуществляют на основе требуемых свойств материала. Так, нормализация стали придает ей мелкозернистую структуру, большие прочность и твердость в сравнении с отжигом. Кроме того, данная технология является более производительным процессом. Следовательно, при прочих равных условиях она более предпочтительна. Закалке ее предпочитают ввиду хрупкости получаемых таким способом изделий и при обработке предметов с перепадами сечения во избежание дефектов.

Таким образом, нормализацию можно считать промежуточной технологией по отношению к ним: она дает материал большей твердости, чем отжиг, но менее хрупкий в сравнении с закалкой, улучшая структуру и сокращая напряжения. Ввиду этого нормализация получила в машиностроении более обширное распространение.

ВИДЫ И РЕЖИМЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ | OPPOZIT.RU | мотоциклы Урал, Днепр, BMW

В зависимости от химического состава сталей, размеров поковок и требований, предъявляемых к готовым деталям, возможно применение следующих видов термической обработки сталей.

Отжиг

Состоит в нагреве сталей до определенной температуры, выдержке и затем очень медленном охлаждении, чаще всего вместе с горном или печью.
Нагрев стали для отжига проводится в кузнечном горне или печи. Для того чтобы при нагреве в горне не допустить выгорания углерода с поверхности стали, поковки укладывают в металлические ящики, пересыпают их сухим песком, древесным углем или металлической стружкой и нагревают до температуры, необходимой для отжига данной марки стали. Продолжительность нагрева принимают в зависимости от размеров поковок, примерно по 45 минут на каждые 25 мм наибольшей толщины поперечного сечения. Нагрев выше температуры для отжига и длительная выдержка при этой температуре недопустимы, так как возможно образование крупнозернистой структуры, что резко уменьшит ударную вязкость металла.
Охлаждение поковок можно осуществлять несколько быстрее, чем вместе с горном и печью, если воспользоваться следующими рекомендациями. Углеродистые качественные конструкционные стали следует охлаждать приблизительно до 600 °С на воздухе с целью получения мелкозернистой структуры, а затем, чтобы избежать возникновения внутренних напряжений, охлаждение осуществлять медленно в печи или в ящике с песком или золой, установленном в горне. Инструментальные углеродистые стали следует охлаждать в печи или горне до 6700 С, а затем скорость охлаждения можно ускорить, открыв заслонки печи и удалив топливо из горна.
Поковки из углеродистых сталей охлаждают со скоростью 50…150 градус/ч, а из легированных сталей – 20…60 градус/ч. В результате в металле снимаются внутренние напряжения, он становится более мягким и пластичным, но менее твердым.
В зависимости от цели изменения структурных превращений применяют следующие разновидности отжига.

Разновидности отжига

Низкий отжиг состоит в нагреве поковок до температуры, немного превышающей критическую 723 °С (примерно до 740…780 °С), с периодическим изменением температуры и медленном охлаждении до 670 °С, после чего охлаждение можно ускорить. Такой отжиг применяют для уменьшения твердости, увеличения пластичности и улучшения обрабатываемости поковок из инструментальных сталей. Рекристаллизационный отжиг состоит в нагреве сталей до температуры 650…700 °С и охлаждении на воздухе. С помощью этого отжига снимают наклеп и исправляют структуру сталей, нарушенную во время ковки при низких температурах. Нормализационый отжиг (нормализация) состоит в нагреве поковок до температуры 780… …950 °С, непродолжительной выдержке при ней и последующем охлаждении на воздухе. Нормализацию, как правило, применяют для устранения крупнозернистой структуры, образовавшейся в результате вынужденного или случайного увеличения времени нахождения заготовок в печи для исправления структуры перегретой стали (перегрева), измельчения зерна, смягчения стали перед обработкой резанием и получения при резании более чистой поверхности, а также общего улучшения структуры перед закалкой. В результате нормализации сталь получается несколько тверже и менее пластичной, чем после низкого отжига. Нормализация по сравнению с отжигом более экономичная операция, так как не требуется охлаждения вместе с горном или печью.

Закалку применяют для увеличения твердости, прочности и износостойкости деталей, получаемых из поковок. Нагрев стали под закалку осуществляют в горнах или нагревательных печах. Детали в горны укладывают так, чтобы холодное дутье воздуха не попадало непосредственно на сталь. Нужно следить, чтобы нагрев происходил равномерно. Чем больше углерода и легирующих элементов содержит сталь, чем массивнее деталь и сложнее ее форма, тем медленнее должна быть скорость нагрева под закалку. Продолжительность выдержки при закалочной температуре ориентировочно принимается равной 0,2 от времени нагрева. Слишком длительная выдержка при закалочной температуре не рекомендуется, так как при этом интенсивно растут зерна и сталь теряет прочность.

Охлаждение

Является исключительно важной операцией закалки, так как от него практически зависит получение требуемой структуры в металле. Для качественной закалки необходимо, чтобы в процессе охлаждения детали температура жидкости оставалась почти неизменной, для чего масса жидкости должна быть в 30-50 раз больше массы закаливаемой детали. Для достижения равномерной закалки нагретую деталь надо быстро погрузить в охлаждающую жидкость и перемешать ее в жидкости до полного охлаждения. Если закаливают только конец или часть изделия (например, лезвие топора), то его опускают в закалочную жидкость на требуемую глубину и перемещают вверх-вниз, так чтобы не было резкой границы скорости остывания между закаливаемой и незакаливаемой частями изделия и не появились трещины в переходной части. Клинки погружают или строго вертикально или под углом лезвийной частью вниз.
Выбор охлаждающей среды зависит от марки стали, величины сечения детали и требуемых свойств, которые должна получить сталь после закалки. Стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,6% обычно охлаждают в воде, а с большим содержанием углерода – в масле. При этом следует учитывать конфигурацию деталей и их сечение. При закалке стали сложным является получение желаемого двухскоростного охлаждения ее. В интервале температур 650…450 °С требуется быстрое охлаждение со скоростью 20…30 °С/с. Это позволяет избежать коробления и трещин.
Понятно, что лучшей закалочной средой была бы двухслойная жидкость, в которой верхний слой – вода с температурой 18…28 °С, а нижний – машинное масло. Но, к сожалению, такую двухслойную жидкость получить нельзя, потому что масло всплывает на поверхность.
При определенном навыке можно применять следующий режим охлаждения. На несколько секунд погрузить деталь в воду, а затем быстро перенести ее в масло. Ориентировочное время охлаждения в воде до переноса в масло составляет 1…1,5 с на каждые 5…6 мм сечения детали. Такой способ охлаждения получил название “через воду в масло” или прерывистой закалки. Ее применяют для закалки инструмента из углеродистой стали.
При большом сечении детали наружные слои охлаждаются быстрее, чем внутренние, и поэтому твердость на поверхности получается больше, чем в середине. Углеродистые стали, например стали 40 и 45, закаливаются на глубину 4…5 мм, а глубже будут частично закаленная зона и незакаленная сердцевина. Легирующие элементы – марганец, хром, никель и др. способствуют более глубокой закалке. Некоторые детали нуждаются в большой прочности на поверхности при сохранении мягкой и вязкой сердцевины. Такие детали рекомендуется подвергать поверхностной закалке. Один из самых простых способов такой закалки состоит в загрузке детали в печь с высокой температурой (950…10000 С), быстром нагреве поверхности до закалочной температуры и охлаждении с большой скоростью в проточной охлаждающей среде. Часто закалку выполняют сразу после ковки без дополнительного нагрева, если температура поковки после ковки будет не ниже закалочной температуры.

Закалка может быть: сильной, умеренной и слабой.

Для получения сильной закалки в качестве охлаждающей среды применяют воду при 15…20 °С до погружения в нее детали и водные растворы поваренной соли и соды (карбоната натрия). Умеренная закалка получается при использовании воды со слоем масла толщиной 20…40 мм, нефти, мазута, мыльной воды, жидкого минерального масла, а также горячей воды.
Слабая закалка получается, если применять в качестве охлаждающей среды струю воздуха или расплавленный свинец и его сплавы.
Закалка требует внимания и умения. Плохая закалка может испортить почти готовые детали, т. е. привести к образованию трещин, перегреву и обезуглероживанию поверхности, а также к желоблению (короблению), которое в значительной степени зависит от способа и скорости погружения детали в охлаждающую жидкость.

Закалка – не окончательная операция термической обработки, так как после нее сталь становится не только прочной и твердой, но и очень хрупкой, а в поковке возникают большие закалочные напряжения. Эти напряжения достигают таких значений, при которых в поковках появляются трещины или детали из этих поковок разрушаются в самом начале их эксплуатации. Например, только что закаленный кузнечный молоток нельзя использовать, так как при ударах им о металл от него будут откалываться кусочки металла. Поэтому для уменьшения хрупкости, внутренних закалочных напряжений и получения требуемых прочностных свойств стали после закалки поковки подвергают отпуску.

Отпуск

Состоит в нагревании закаленной стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре некоторое время и быстрого или медленного охлаждения, как правило, на воздухе. В процессе отпуска в металле структурных изменений не происходит, однако уменьшаются закалочные напряжения, твердость и прочность, а пластичность и вязкость увеличиваются. В зависимости от марки стали и от предъявляемых к детали требований по твердости, прочности и пластичности применяют следующие виды отпусков.

Виды отпусков

Высокий отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 450…650 °С, выдержке при этой температуре и охлаждении. Углеродистые стали охлаждаются на воздухе, а хромистые, марганцовистые, хромо-кремниевые – в воде, так как медленное охлаждение их приводит к отпускной хрупкости. При таком отпуске почти полностью ликвидируются закалочные напряжения, увеличивается пластичность и вязкость, хотя заметно уменьшается твердость и прочность стали. Закалка с высоким отпуском по сравнению с отжигом, создает наилучшее соотношение между прочностью стали и ее вязкостью. Такое сочетание термообработки называют улучшением. Средний отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 300…450 °С, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. При таком отпуске увеличивается вязкость стали и снимаются внутренние напряжения в ней при сохранении достаточно большой твердости. Низкий отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 140…250 °С и охлаждении с любой скоростью. При таком отпуске почти не уменьшается твердость и вязкость стали, но зато снимаются внутренние закалочные напряжения. После такого отпуска детали нельзя нагружать динамическими нагрузками. Чаще всего его используют для обработки режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей.
При изготовлении слесарного, кузнечного или измерительного инструмента ручной ковкой часто применяют закалку и отпуск с одного нагрева. Такую операцию называют самоотпуском и выполняют следующим образом. Нагретую под закалку поковку охлаждают в воде или масле не полностью, а до температуры несколько выше температуры отпуска, которую можно определить при извлечении поковки из закалочной среды, по цвету побежалости на предварительно обработанной на наждачном круге поверхности поковки. После этого поковку окончательно охлаждают путем погружения ее в воду или масло.
При отсутствии измерительных приборов температуру нагрева поковки определяют по цвету побежалости. Для этого перед нагревом поковки для отпуска на ней, в нужном месте, зачищают небольшой участок наждачной бумагой или другим абразивом. Нагревают поковку и наблюдают за изменением цвета металла по зачищенной поверхности. При этом цвета побежалости будут соответствовать следующим приблизительным температурам нагрева поковки:

Серый — 330, °С
Светло-синий — 314, °С
Васильковый — 295, °С
Фиолетовый — 285, °С
Пурпурно-красный — 275, °С
Коричнево-красный — 265, °С
Коричнево-желтый — 255, °С
Темно-желтый — 240, °С
Светло-желтый — 220, °С

Ниже приведены рекомендуемые температуры отпуска для некоторых инструментов и деталей (в градусах Цельсия):

Резцы, сверла, метчики из углеродистых сталей — 180-200, °С
Молотки, штампы, метчики, плашки, малые сверла — 200-225, °С
Пробойники, чертилки, сверла для мягкой стали — 225-250, °С
Сверла и метчики для меди и алюминия, зубила для стали и чугуна — 250-280, °С
Инструмент для обработки древесины — 280-300, °С
Пружины — 315-330, °С

При более высокой температуре поверхность стали темнеет и остается такой до температуры 600 °С, когда появляются цвета каления. Режимы термообработки сталей необходимо соблюдать очень строго, так как только правильная термообработка позволяет получать клинки с заданной прочностью, износостойкостью, обрабатываемостью, пластичностью и т. п.
После термообработки пришло время окончательной механической обработки, ее можно провести на нехитром приспособлении или воспользоваться электроточилом, но это тема для отдельного разговора.

Источник: damask.nm.ru

Нормализация стали: процесс, температура, режимы, время

Нормализация стали: процесс, температура, режимы, время

Металл, используемый в производстве высокотехнологичных конструкций и деталей, чаще всего должен быть однородным и мелкозернистым. Такие стали обладают более высокими механическими характеристиками по сравнению с материалом крупнозернистой структуры.

Для получения требуемых механических свойств, изменения внутреннего строения используется термообработка стали. Она включает множество методов температурного воздействия.

Ключевые понятия – важная терминология

Диаграмма состояния железо/углерод – график зависимости фазового состояния сплавов железа с углеродом от их химического состава и температуры.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.

Цементит – химическое соединение с формулой Fe3С (карбид железа).

Аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе. На диаграмме состояния железо-углерод аустенит появляется выше температуры перлитного превращения (727°С).

Температура превращения Ас3 – нагрев, при котором заканчивается превращение феррита в аустенит. Для сталей с различным содержанием углерода температура Ас3 отличается.

Дендритная ликвация – неоднородность химического состава, характерная для сплавов, твердеющих при нормальных условиях.

Ас, Ar – критические точки температуры фазовых преобразований. Ас – при нагреве, Аr – при охлаждении.

Что такое нормализация стали и зачем она нужна

Нормализация стали (НС) является разновидностью отжига и относится к процессам термической обработки (ТО), при которых сплав нагревается до аустенитного состояния, выдерживается определенное время и охлаждается. В данном случае нагрев происходит до температуры, превышающей критическую точку Ас3 на 30-50°С, при которой металл выдерживается, а затем охлаждается на воздухе.

Для каждого вида сплавов существует свой определенный режим обработки. В ходе процесса:

устраняются дефекты внутренней структуры;

повышается прочность;

понижается порог хладноломкости;

происходит полная рекристаллизация.

Результат ТО описывается графиком с координатами «температура-время». Для доэвтектоидных (содержание углерода до 0,8%), эвтектоидных (0,8% углерода) и заэвтектоидных (свыше 0,8% углерода) сталей температурный режим нормализации и структурный и фазовый состав после термической обработки будут значительно отличаться.

Нормализация стали используется в таких целях:

устранение остаточных внутренних напряжений;

увеличение/снижение прочности, твердости в зависимости от термической и механической истории изделия; изменение структурного состава в мелкозернистый в отливках;

удаление наклепа;

подготовка к последующему термическому упрочнению (закалке).

В чем суть процесса нормализации стали?

Чтобы понять, для чего нужна нормализация стали, нужно разобраться в технологии. Для выполнения данной обработки используются специализированные участки металлургических и перерабатывающих предприятий, оснащенные термическими печами и другим вспомогательным оборудованием.

Здесь металл нагревают до температуры аустенитизации, которая зависит от конкретной марки стали. После необходимой выдержки стальное изделие выгружают с последующим остыванием на спокойном воздухе (иногда может применяться усиленный воздушный обдув). В прокатных цехах метпредприятий нормализация по такой схеме может быть заменена нормализующей прокаткой, которая осуществляется в потоке стана с использованием тепла нагрева полуфабриката перед деформацией.

Такая обработка позволяет получить структуру и свойства стального проката, аналогичные нормализованному состоянию, при гораздо меньших временных и энергетических затратах. Режимы нормализации стали – температура, время Ключевыми параметрами любой термической обработки являются: температура нагрева – выбирается в зависимости от вида ТО и марки стали, с учетом содержания углерода и основных легирующих элементов; время выдержки – время, которое проводит стальное изделие в печи при заданной температуре для равномерного прогрева и протекания структурных и фазовых превращений.

Время выбирается, исходя из габаритов изделия, его химического состава и температуры нагрева. Чем толще изделие, выше степень легирования и меньше температура – тем дольше будут протекать фазовые процессы; вид, среда и скорость охлаждения оказывают непосредственное влияние на формирование окончательных структуры и механических характеристик. Образцы одной марки стали, нагретые до одной и той же температуры, но охлажденные по разным режимам будут иметь абсолютно разный комплекс свойств. Температуру нагрева стали под нормализацию выбирают с учетом ее критических точек.

Чаще всего для этого используют специальные изотермические и термокинетические диаграммы распада аустенита. Для новых марок стали значения критических температур определяют опытным путем. Для доэвтектоидных сталей температура нагрева под нормализацию обычно назначается на 30-50°С выше критической точки Ас3. Заэвтектоидные стали нагревают до более низких температур в интервале Ас1-Ас3 (типовой режим – Ас1 + 50°С) для исключения чрезмерного роста зерна аустенита и последующего образования грубой сетки цементита. Длительность нагрева под нормализацию складывается из двух основных элементов – времени прогрева изделия до заданной температуры и времени фазовых превращений.

Для некрупногабаритных изделий простой формы обычно для прогрева достаточно 15 минут. Время фазовых превращений зависит от степени легирования сплава: для углеродистой стали и низколегированных марок назначают 1,5 минуты на каждый миллиметр толщины продукта, для высоколегированных – 2-2,5 мин/мм. Охлаждение Это важный элемент термической обработки, формирующий комплекс качественных и эксплуатационных характеристик изделия.

Нормализация стали выполнятся с охлаждением на спокойном воздухе либо с применением ускоренного обдува вентиляторами. В результате такой термообработки нормализованная сталь становится более мелкозернистой и равномерной по механическим характеристикам в сравнении с горячекатаной. Другие методы термической обработки ТО стали позволяет придать материалу характерный набор свойств путем изменения его внутренней структуры. Кроме нормализации, термическая обработка стали может осуществляться и другими методами.

Закалка. Металлопрокат прогревается до температур выше точек фазового превращения, а затем резко охлаждается в воде, масле, солевых и других растворах (в зависимости от состава стали и требуемой скорости охлаждения). Такая обработка придает материалу высокую прочность, твердость и хрупкость. Закалку проходят детали, работающие под статической нагрузкой и в условиях абразивного изнашивания, но без воздействия меняющихся колебаний.

Отпуск стали. Его проходят некоторые заготовки после закалки, а также изделия, требующие снятия внутренних напряжений или корректировки микроструктуры. В этом случае нагрев выполняют до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением на воздухе либо ускоренно – в воде. При этом повышаются пластичность и ударная вязкость, снижается прочность и твердость стали.

Отжиг. Осуществляется по технологии нагрева выше фазовых превращений с последующим плавным остыванием прямо в печи. После такой обработки сталь имеет наивысшую пластичность и наименьшую прочность. Нормализация является подвидом отжига, отличается только условиями охлаждения (часто ее называют нормализационным отжигом). За счет более быстрого остывания металла нормализация является более производительной. Термическая обработка в технологическом потоке прокатного стана. Наиболее перспективное направление развития технологий ТО, которое сокращает временные и материальные затраты, а также экологическую нагрузку.

Самыми популярными на сегодняшний день являются способы термомеханической, нормализующей и контролируемой прокатки, а также прямая закалка с прокатного нагрева. Выбор способа термической обработки осуществляется на основании химического состава и параметров стального изделия, уровня свойств, который требуется обеспечить, а также имеющегося набора оборудования для осуществления данных операций.

Термическая обработка может применяться и как промежуточная операция при изготовлении металлоизделий, и как окончательная – придающая продукту конечный комплекс характеристик. Чтобы обезопасить свое производство от форс-мажорных ситуаций, связанных с использованием деталей и конструкций из некачественного металла, приобретайте только сертифицированную продукцию и только у надежных поставщиков.

Если вы решили купить металлопрокат у нас, вы получаете дополнительно гарантию соответствия заявленной структуре и химическому составу. Нужна консультация? По любым вопросам обращайтесь на нашу контактную линию по телефону – оказываем консультативную поддержку бесплатно.

Термообработка (отжиг) металла в Набережных Челнах на заказ – Завод ПРОФТЕРМО

Отжиг 1 рода

Этот вид отжига в зависимости от температурных условий выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками. Характерная особенность этого отжига состоит в том, что устранение неоднородности происходит независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения или нет, поэтому отжиг I рода можно производить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений.

Гомогенизация (диффузионный отжиг) – применяют для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации.

Рекристаллизационный отжиг – применяют перед и после холодной обработки давлением и как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования.

Отжиг металла для снятия остаточных напряжений – применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и д. р., в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т. п. возникли остаточные напряжения.

Отжиг 2 рода

Отжиг 2 рода заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас3 или Ас1, выдержке и последующим, как правило медленном, охлаждении, в результате которого фазовые превращения приводят к достижению практически равновесного структурного (фазового) состояния. После отжига сталь обладает низкой твердостью и прочностью при высокой пластичности. Фазовая перекристаллизация, происходящая при отжиге, измельчает зерно и устраняет видманшттетову и другие неблагоприятные структуры стали.

Полный отжиг

Этот Вид отжига заключается в нагреве доэвтектоидной стали, на 30 — 50сС выше температуры, соответствующей точке Ас3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. При этом отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали.

Полному отжигу обычно подвергают сортовой прокат, поковки и фасонные отливки.

Изотермический отжиг

В этом случае сталь обычно легированную нагревают, как и для полного отжига, и сравнительно быстро охлаждают (переносом в другую печь) до температуры, лежащей ниже точки А1 (обычно ~650°С) и назначают изотермическую выдержку, необходимую для полного распада аустенита, после чего следует охлаждение на воздухе.

Преимущество изотермического отжига состоит в уменьшении длительности процесса, особенно для легированных сталей, которые приходится очень медленно охлаждать для требуемого снижения твердости.

Изотермический отжиг улучшает обрабатываемость резанием, чистоту поверхности и уменьшает деформации при последующей термической и химико-термической обработке.

Этот отжиг используют для поковок (шестерни, валы, муфты и т. д.) и других заготовок небольших размеров.

Неполный отжиг

Этот отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки Ас1).

Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяют для улучшения обрабатываемости резанием.

Для заэвтектоидных сталей применяют только неполный отжиг. В этих сталях нагрев несколько выше точки Ас1 (обычно на 10 — 30°С) вызывает практически полную перекристаллизацию и позволяет получить зернистую структуру перлита вместо пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией.

Отжиг нормализационный (нормализация)

Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку Ас3 на 50°С, a эвтектоидной стали выше Аст также на 50°С, непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье или прокатке, ковке или штамповке.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. При повышении твердости нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию или нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска.

Нормализацию с последующим высоким отпуском (600 —650°С) часто используют для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, так как производительность и трудоемкость этих двух, операций выше, чем одного отжига.

Нормализация стали

Нормализация стали – разновидность отжига, которая заключается в нагреве до аустенитного состояния, выдержке в течение определенного времени и охлаждении на воздухе. Для доэвтектоидных сталей, содержащих менее 0,8% углерода, нормализованной считают структуру, которая представляет собой смесь перлита и феррита.

В заэвтектоидных сталях (С более 0,8%) структура после нормализации состоит из сорбита – высокодисперсной разновидности перлита. Этот вид термической обработки используют с целью устранения дефектов структуры, ее подготовки к операциям резания. Часто он применяется для улучшения качеств стальных отливок вместо операций закалки и отпуска. Нормализационный отжиг востребован в основном для средне- и высокоуглеродистых, низколегированных, инструментальных марок стали.

Этапы процесса нормализации стали

Нормализационный отжиг осуществляется в несколько этапов. Все операции выполняются на металлургических и металлообрабатывающих предприятиях, оснащенных термическими печами различной конструкции и другим специализированным оборудованием.

Нагрев

Доэвтектоидные стали при нормализации нагревают до температур выше точки Ас3 на 40…50 °C. Для заэвтектоидных сталей выбирается более низкая температура нагрева, позволяющая исключить при нормализации рост аустенитных зерен и формирование грубой сетки. Конкретная температура зависит от содержания углерода и легирующих элементов, если такие присутствуют.

Чаще всего для определения оптимального температурного режима используются изотермические и термокинетические диаграммы. Для вновь разработанных марок стали теоретически рассчитанные значения подтверждают опытным путем. Период фазовых превращений определяется номенклатурой и количеством легирующих компонентов. Для нелегированных и низколегированных сталей обычно устанавливают 1,5 минуты нагрева на каждый миллиметр толщины изделий.

Выдержка

Выдержка – это время, которое изделие должно находиться в нагревательной камере при заданной температуре. Этот этап необходим для полного и равномерного прогрева садки, завершения фазовых превращений. Время выдержки зависит от марки стали, габаритов изделия, температуры нагрева. Для некрупных деталей простых конфигураций для прогрева по всему объему достаточно выдержать металлопродукцию при заданной температуре в течение 15 минут.

Охлаждение

Охлаждение осуществляется в основном на спокойном воздухе. Иногда используется воздушный обдув. При ускоренном охлаждении аустенит распадается при пониженных температурах, что обеспечивает появление дисперсной ферритно-цементитной структуры. Структура нормализованных средне- и высокоуглеродистых сталей отличается более высокой прочностью и твердостью, по сравнению с отожженным состоянием. Среда и, следовательно, скорость охлаждения существенно влияют на структуру и другие характеристики. Одна сталь, нагретая до одинаковой температуры, но охлажденная по разным режимам, имеет разные характеристики.

В прокатных цехах нормализация по описанной выше схеме может заменяться нормализационной прокаткой. Эта операция осуществляется на прокатном стане с применением тепла нагрева, которому подвергают металлопрокат перед прокаткой. Такая технология позволяет получить структуру стального проката, аналогичную нормализованному состоянию (мелкозернистую, с равномерными механическими характеристиками по всему объему), но при гораздо меньших энергетических и трудовых затратах.

Задачи, решаемые нормализацией углеродистых и легированных сталей

Нормализационный отжиг отливок, поковок, металлопроката, различных полуфабрикатов и металлоизделий обеспечивает:

  • полную фазовую перекристаллизацию стали;
  • измельчение крупнозернистой структуры стали, получаемой при обработке давлением, – прокаткой, ковкой, штамповкой;
  • снижение полосчатости после прокатных операций и неравномерности размеров зерен в поковках;
  • повышение сопротивления хрупкому разрушению, то есть снижение порога хладоломкости и увеличение работы трещинообразования;
  • устранение наклепа после прокатки, остаточных внутренних напряжений;
  • подготовку структуры к последующим операциям термического упрочнения, если такие будут необходимы;
  • улучшение обрабатываемости резанием.

Стальные отливки подвергают нормализационному отжигу с целью гомогенизации дендритной структуры, уменьшения остаточных напряжений, повышения восприимчивости к последующим операциям термической обработки.

Закалку с высоким отпуском заменяют нормализацией для изделий сложной конфигурации и/или имеющих резкие перепады сечения. Эта мера позволяет избежать таких негативных последствий, как: трещинообразование, коробление, высокие термические напряжения.

Особенности нормализационного отжига для сталей с различным содержанием углерода

Цели и особенности проведения нормализации зависят от состава стали:

Для низкоуглеродистых марок нормализация эффективно заменяет отжиг, поскольку она обеспечивает сочетание повышенной твердости с улучшением обрабатываемости резанием и получением более чистой поверхности.

  • Для отливок из среднеуглеродистых сталей нормализация с высоким отпуском заменяет закалку с высоким отпуском. Преимущества первого варианта – меньшие деформационные усилия в деталях, и, следовательно, сниженная вероятность появления трещин.
  • Для некоторых высоколегированных марок нормализация с охлаждением на воздухе заменяет закалку с отпуском, что обеспечивает экономию при проведении одной операции термообработки (нормализации) вместо двух (закалка+отпуск).

Оборудование и расходные материалы, используемые при осуществлении нормализационного отжига

Требуемый температурный режим нормализации стали и ее охлаждения обеспечивают:

  • Нагревательные камеры с горелками плоско-факельного типа, работающие по принципу прямого или косвенного нагрева. Современные варианты – рекуперационные и регенерационные модели горелок.
  • Автоматика управления режимом нагрева. В печах косвенного нагрева для управления мощностью используются тиристорные схемы.
  • Теплоизолирующие материалы.

Для нормализации мелких деталей в среде защитного газа используются конвейерные нормализационные печи. Загрузочное и разгрузочное отверстия расположены ниже уровня рабочей камеры. Загрузочный и разгрузочный тамбуры расположены под уклоном. Конвейер представляет собой сетчатую конструкцию из нихромовой проволоки толщиной 3 мм. В разгрузочной части печи осуществляется охлаждение деталей. Охладительный коридор, через который проходит конвейер, имеет двойные стенки. Пространство между ними заполняется проточной холодной водой. Защитный газ присутствует во всем пространстве печи, включая части погрузки и разгрузки.

Детали располагают на конвейере в один слой, что обеспечивает равномерный нагрев и быстрое охлаждение изделий. При выходе из разгрузочной части детали должны иметь температуру, не превышающую +50 °C. При более высоких температурах на поверхности металлоизделий появляются оксидные пленки. Скорость движения конвейера – до 20 см в минуту.

Нормализация, как и другие технологии термообработки отливок, металлопроката, полуфабрикатов и металлоизделий, может быть промежуточной или конечной операцией. В большинстве случаев нормализационный отжиг является промежуточным процессом. Роль финишной процедуры нормализация выполняет при производстве фасонного металлопроката – тавра, двутавра, швеллера.

Структура зерен – обзор

отливки, термообработанные на твердый раствор, и деформируемые сплавы.Выявлены границы зерен. Пропорции несколько критичны. Использование 1–10 с 9000
1 Азотная кислота 1 мл Этот реагент рекомендуется для общего применения, особенно для литых, литых под давлением и состаренных сплавов. Образцы погружают на 10–15 с и промывают горячей дистиллированной водой. Внешний вид общих компонентов после такой обработки представлен в Таблице 10.22. Сплавы Mg-RE (редкоземельные элементы) также
Диэтиленгликоль 75 мл
Дистиллированная вода 24 мл
2 9001 Азотная кислота 1 мл
Ледяная уксусная кислота 20 мл
Вода 19 мл
Диэтиленгликоль 60 мл
9000 5 г Этот реагент выявляет границы зерен, его следует наносить тампоном. Альтернативой является поляризованный свет
Вода 95 мл
4 Азотная кислота, 2% в спирте Обычно полезный реагент
5 Nit. 8% в спирте Время травления 4–6 с.Рекомендуется для литья, прессования и прокатки магниево-марганцевых сплавов
6 Азотная кислота, 4% в спирте Используется для богатых магнием сплавов, содержащих другие фазы, окрашенные от светло- до темно-коричневого цвета
7 Азотная кислота, 5% в воде Время травления 1–3 с. Рекомендуется для литых и кованых сплавов, содержащих примерно 9% алюминия
8 Щавелевая кислота, 20 г 1 -1 в воде Время травления 6–10 с.Применяется также для прессованных магниево-марганцевых сплавов
9 Уксусная кислота, 10% в воде Время травления 3–4 с. Используется для магниево-алюминиевых сплавов с 3% алюминия
10 Винная кислота, 20 г 1 -1 воды
11 Ортофосфорная кислота 13% в глицерине
12 Винная кислота, 100 г 1 -1 воды Используется для деформируемых сплавов.Mg 2 Si имеет шероховатость и ямки. От 10 с до 2 минут для Mg — Mn — Al — Zn
13 Лимонная кислота и азотная кислота в глицерине Используется для магний-циркониевых сплавов. Матрица с высоким содержанием магния затемняется, а другие фазы остаются белыми
14 Ортофосфорная кислота 0,7 мл Рекомендуется для отливок, термообработанных на раствор. Образец слегка протирают или погружают при перемешивании на 10–20 с.Матрица, богатая магнием, затемнена, а другие фазы (кроме Mg 2 Sn) мало затронуты. Выявлен максимальный контраст между матрицей и Mg 17 Al 12 . Потемнение матрицы связано с образованием пленки, которая не должна быть повреждена при небрежной сушке
Пикриновая кислота 4 г
Этанол 100 мл
15 Пикриновая кислота, насыщенная 95% спиртом 10 мл Реагент для травления границ зерен; особенно для металла Dow (Al 3% Zn 1%, Mn 0.3%). Обнаруживает холодную обработку и двойню
Ледяная уксусная кислота 1 мл
16 Пикриновая кислота, 5% в этаноле 50 мл Используется для сплавов цинк-алюминий . При травлении в течение 15 с на полированной поверхности образуется аморфная пленка. При высыхании пленка трескается параллельно следу базовой плоскости в каждом зерне. Реагент может использоваться для выявления изменений состава в зернах и других специальных целей
Ледяная уксусная кислота 20 мл
Дистиллированная вода 20 мл
17 кислота, 5% в этаноле 50 мл То же, что и реагент 16, но подходит для более ограниченного диапазона состава сплава 63
Ледяная уксусная кислота 16 мл
Дистиллированная вода 20 мл
18 Пикриновая кислота, 5% в этаноле 100 мл Общий реагент 64
мл ледяная кислота
Азотная кислота (1.40) 3 мл
19 Пикриновая кислота, 5% в этаноле 10 мл Mg 2 Si окрашен в темно-синий цвет, а марганецсодержащие компоненты остались нетронутыми 63
Дистиллированная вода 10 мл
20 Плавиковая кислота (40%) § 10 мл Используется для сплавов магний-алюминий-цинк.Mg 17 Al 12 потемнел, а Mg 3 Al 2 Zn 3 остался нетравленным. Если теперь погрузить образец в разбавленный раствор пикриновой кислоты (1 объем 5% пикриновой кислоты в спирте и 9 объемов воды), матрица станет желтой, а тройное соединение останется белым 63
Дистиллированная вода 90 мл
21 Пикриновая кислота , 5% в этаноле 100 мл Обнаруживает границы зерен как в литых, так и в деформируемых сплавах.Этот реагент полезен для различения зерен разной ориентации и выявления областей с внутренним напряжением 63
Дистиллированная вода 10 мл
Ледяная уксусная кислота 5 мл
Азотная кислота конц. Рекомендуется только для чистого металла. Образец погружают в холодную кислоту. Через 1 мин происходит обильное выделение NO 2 , которое затем почти прекращается.По окончании бурной стадии образец удаляют, промывают и сушат. Результатом являются поверхности с очень высокой отражательной способностью и выявленные границы зерен

Контроль размера зерна аустенита в стали

Контроль размера зерна феррита в ферритно-перлитных сталях или размера перлитных колоний в эвтектоидных сталях достигается путем регулирования размера зерна аустенита.

Этого можно достичь на следующих этапах обработки сталей:

1.Во время затвердевания

2. При механической обработке

3. При термической обработке.

1. Во время затвердевания :

Типы сталей, основанные на практике раскисления. Слитки из простой углеродистой стали можно разделить на четыре типа в зависимости от применяемой практики раскисления: с закругленными кромками, покрытые оболочкой, полузагруженные и спрессованные.

Технически чистый алюминий является наиболее часто используемым модифицирующим элементом (хотя ферросилиций, ферромарганец и т. Д.)также широко используются) для контроля размера зерна в литых сталях из-за: (i) его высокой эффективности, (ii) производства по своей сути мелкозернистой стали, (iii) его способности использоваться в сочетании с другими металлами, такими как кремний, марганец , титан, цирконий и др. и (iv) низкая стоимость.

Хотя эффективность добавления алюминия наиболее высока (50-75%) при добавлении в изложницу, но обычно его добавляют в ковше (эффективность 30-40%) при производстве основных сталей, поскольку это дает большую однородность и более чистую сталь.Нежелательные неметаллические включения, образовавшиеся в результате окисления алюминия, в дальнейшем вступают в реакцию со шлаком, а затем переходят в шлак. Практика использования кислой стали требует добавления алюминия в изложницу, чтобы в противном случае избежать его больших потерь в шлак.

Почти все модифицирующие добавки легко окисляются кислородом, растворенным в расплавленной стали, и алюминий образует оксид алюминия, кремний (добавленный в виде ферросилиния) образует диоксид кремния и т. Д. Считается, что оксид алюминия (также диоксид кремния и т. Д.) Обеспечивает поверхность для гетерогенное зарождение затвердевания стали.Чтобы быть эффективным, он должен присутствовать в высокодисперсном состоянии, так что больше частиц оксида алюминия, больше центров зародышеобразования и меньше размер зерна затвердевшей стали.

Глинозем имеет высокую температуру плавления, и сам механизм его образования в результате реакции алюминия с кислородом жидкой стали увеличивает его тонкую дисперсность. Состояние раскисления стали, следовательно, важно при производстве сталей с контролируемым размером зерна, и в ванне должно оставаться только минимальное количество реактивного кислорода, чтобы предотвратить чрезмерное образование глинозема и его улавливание твердой сталью (как не -металлические включения).

Если в стали присутствует избыточное количество кислорода, его следует удалить путем добавления ферросилиния и ферромарганца, поскольку продукты их окисления образуют плавкий шлак. Вот почему в настоящее время обычной практикой является то, что концентрация кислорода сначала снижается до подходящего уровня, а затем добавляется алюминий в количестве, соответствующем содержанию азота в стали, так что по мере охлаждения стали дисперсия частиц Al-N , который отвечает за производство по своей сути мелкозернистой стали.

По своей природе мелкозернистые и крупнозернистые стали :

На основании тенденции аустенитных зерен к росту при нагревании выше верхней критической температуры, стали можно классифицировать как:

(i) По своей природе мелкозернистые стали или мелкозернистые стали

(ii) Крупнозернистые стали или крупнозернистые стали,

Эта классификация основана в первую очередь на том, как сталь была раскислена.По своей природе мелкозернистые стали были раскислены алюминием. Алюминий, который не соединяется с кислородом во время раскисления, соединяется с азотом в стали и образует дисперсию мелких частиц нитрида алюминия.

Равномерно диспергированные мелкие частицы нитрида, в свою очередь, закрепляют границы зерен аустенита и тем самым препятствуют росту зерен. Подавление роста зерен аустенита нитридом алюминия является классическим примером закрепления границ зерен небольшими частицами второй фазы.

Стали, раскисленные кремнием, являются крупнозернистыми сталями. Эти и даже полуразрушенные стали не имеют дисперсий частиц, эффективных для подавления роста зерен аустенита, то есть, когда эти стали нагреваются выше температуры Ac 3 , зерна аустенита непрерывно растут с повышением температуры (рис. 2.24 и 2.25). ), а также со временем.

В то время как, когда сталь, раскисленная алюминием, нагревается выше температуры Ac 3 , зерна аустенита растут очень мало из-за включений AlN во второй фазе в течение обычно используемого времени и до температуры около 1000 ° C, но если эта температура превышено, рост зерна происходит очень быстро, и конечный размер зерна при данной температуре может быть больше, чем в стали, расщепленной кремнием, в которых аустенитные зерна постоянно росли.

Частицы

Al-N могут сливаться и / или растворяться. Нет необходимости растворять все частицы Al-N, прежде чем зерна смогут быстро вырасти. Температура резкого укрупнения называется «температурой укрупнения зерна». Эта температура также зависит от количества алюминия, добавленного в сталь, и времени выдержки при температуре. Например, сталь, содержащая, скажем, 0,007% N и 0,03% Al, должна оставаться мелкозернистой до температуры около 1000 ° C.

По своей природе крупнозернистые и по своей сути мелкозернистые стали или просто крупнозернистые и мелкозернистые стали не означают, что данная сталь всегда имеет крупнозернистый или мелкозернистый аустенит.Это только означает, что крупнозернистая сталь приобретает крупнозернистую структуру при более низкой температуре, чем мелкозернистая сталь. Обычно температура аустенитизации многих финишных термообработок не превышает 980 ° C.

Таким образом, мелкозернистые стали способны сохранять мелкозернистые зерна аустенита даже при длительных циклах науглероживания, когда крупнозернистые стали могут значительно укрупняться. Вот почему почти повсеместно в сталелитейной практике производятся мелкозернистые стали для критически важных термообработанных деталей и легированных сталей, используемых для науглероживания.

В заэвтектоидных сталях рост аустенитного зерна замедляется при нагревании в интервале температур от A 1 до A см сеткой цементита вдоль границ аустенитных зерен (как и частицы AlN). Линия см на диаграмме Fe-Fe 3 C является очень крутой линией, и если кто-то хочет полностью аустенитовать гиперэвтектоидную сталь, требуется очень высокая температура нагрева, а при растворении доэвтектоидной сетки цементита, то есть, растворяя фазу закрепления границ зерен, нагревая ее выше температуры A см , происходит очень интенсивный рост зерен аустенита.

Таким образом, большая часть термической обработки (кроме нормализации) гиперэвтектоидных сталей проводится аустенизацией при температуре чуть выше A 1 , при которой размер зерна аустенита минимален, хотя полная аустенизация не происходит. В доэвтектоидных сталях доэвтектоидный феррит сам по себе является мягкой и слабой фазой, и его зерна могут иметь большие размеры по сравнению с аустенитом, только что образованным при температуре чуть выше A 1 .

Таким образом, важно, прежде всего, получить однородный мелкозернистый аустенит.В большинстве термических обработок доэвтектоидных сталей желательна полная аустенизация, которая достигается путем нагрева стали до температур чуть выше A 3 . Это действительно приводит к небольшому укрупнению аустенитных зерен по сравнению с размером чуть выше температуры A 1 , но это допустимо для полного удаления крупного феррита и получения однородного размера зерна однофазного гомогенного аустенита.

Помимо раскисления добавками алюминия, контроль размера зерна аустенита может быть осуществлен с помощью небольшого количества элементов в сталях, около 0.1%, в частности, переходные металлы, такие как Ti, V или Nb, которые являются сильными карбидо- и нитридообразующими элементами и ведут себя как Al при образовании дисперсных частиц их карбидов и нитридов, которые ингибируют рост аустенитных зерен даже после длительных периодов выдержки при относительно высокие температуры аустенизации. Эти стали демонстрируют повышенную вязкость даже в зонах термического влияния сварных швов. Температура укрупнения критического зерна также зависит от добавляемого элемента.

2. Во время механической деформации :

Поскольку исходный размер зерна аустенита (чуть выше A 1 ) зависит также от исходной структуры стали и, таким образом, также в некоторой степени от количества холодной обработки, поскольку он обеспечивает большее количество центров зародышеобразования для образования аустенита.Энергия, запасенная во время холодной обработки, способствует увеличению количества мест зарождения аустенита для получения более мелких зерен аустенита.

Температура рекристаллизации холоднодеформированных сталей ниже температуры образования аустенита. Таким образом, во время горячей прокатки одновременная рекристаллизация может дать небольшие зерна аустенита, если во время этой контролируемой прокатки последний проход прокатки выполняется при самой низкой температуре и все еще в области аустенита, чтобы избежать укрупнения аустенитных зерен.Этот метод можно использовать для контроля размера зерна в листах, пластинах или прутках.

Стали с очень низким содержанием углерода могут обрабатываться при температуре до 600 ° C, а стали с содержанием углерода от 0,3% до 0,8% могут обрабатываться до температуры A, а заэвтектоидные стали – до температуры A см . Но этот метод нельзя применять для прокатки профилей из-за разной температуры чистовой обработки, связанной с разными частями одного и того же профиля.

Улучшение зерна в стали HSLA :

В последние годы сверхмелкие зерна были получены в микролегированных сталях с небольшими количествами сильных карбидообразующих элементов, таких как Nb, V или Ti, хотя Nb в количестве около 0.05% предпочтительнее других из-за его низкой растворимости в сталях. Эти элементы показывают снижение растворимости в твердом состоянии в аустените с понижением температуры.

Уменьшение размера зерна феррита в ферритно-перлитных сталях достигается ограничением роста свежерекристаллизованных аустенитных зерен во время горячей прокатки и / или ингибированием рекристаллизации аустенита во время горячей прокатки, так что γ-> α-превращение происходит в нерекристаллизованном аустените. Ситуация требует больших деформаций и низких температур окончательной обработки в диапазоне аустенита ниже 950 ° C.Mo и Cr слабо эффективны. Mn способствует росту зерна.

В начале горячей прокатки при температуре около 1300 ° C Nb, C и N находятся в состоянии твердого раствора, а сталь имеет крупные зерна аустенита. Когда сталь впоследствии подвергается горячей прокатке, ее температура постепенно падает (рис. 2.26 a), и растворимость карбонитрида Nb также уменьшается. Из аустенита образуются мелкие выделения карбонитрида.

Эти выделения эффективно «скрепляют» мигрирующие границы зерен во время повторной рекристаллизации деформированного аустенита между проходами в последовательных клетях прокатного стана.

Первоначально частицы осадка препятствуют росту зерен аустенита, а при более низких температурах прокатки образуются еще более мелкие частицы. Все они препятствуют равномерной рекристаллизации деформированных и удлиненных зерен аустенита (4-я и 5-я ступени на рис. 2.26 г).

Плотно расположенные границы зерен деформированного и, в крайнем случае, удлиненного аустенита предоставляют больше потенциальных мест для зарождения очень мелкого феррита, когда температура падает с A 3 до A 1 .Конечным результатом является, таким образом, очень мелкий размер зерна феррита около 2-3 мкм, то есть ASTM NO 14-15. Низкоуглеродистые стали с нормальным пределом текучести порядка 207 МПа могут быть получены путем микролегирования и контролируемой прокатки с пределом текучести порядка 345–550 МПа. Другим основным преимуществом является то, что эти стали обладают превосходной свариваемостью мягких сталей, а затраты на этап термообработки не требуются.

3. Во время термообработки :

Стальные отливки неизменно имеют крупное зерно и видманштеттовую структуру с соответствующей хрупкостью.Отжиг помогает удалить их и дает мелкие зерна. Отжиг и нормализация – два очень распространенных метода измельчения зерен, помимо других полезных изменений. Здесь важно упомянуть несколько слов о нормализации.

Нормализация – это процесс нагрева стали до низкой температуры в области аустенита, выдержки в течение периода, достаточного для достижения однородной температуры, то есть однородного гомогенного аустенита, а затем охлаждения на воздухе.

В этом процессе при нагревании образуются относительно мелкие зерна аустенита, которые затем превращаются в мелкие зерна феррита или мелкие колонии перлита.В горячекатаных сталях размер зерна феррита обычно определяется температурой последнего прохода прокатки (горячего), которая может сильно варьироваться. Нормализация также уменьшает размер карбидов в легированных сталях.

Процесс короткоцикловой повторяющейся нормализации позволяет получать сверхмелкозернистые зерна феррита ASTM 15 (1,7 мкм) в углеродистой стали вне зависимости от практики раскисления, т.е. можно использовать стали, убитые Si или Al.

Важными факторами являются:

(i) Исходная микроструктура:

Наилучшие результаты достигаются, если исходная микроструктура мелкая, предпочтительно отпущенный мартенсит.

(ii) Температура аустенизации:

Эта температура должна быть чуть выше температуры Ac 3 стали, чтобы не происходило укрупнения зерна. Для низкоуглеродистых нелегированных сталей температура составляет 845 ° C или ниже, в зависимости от содержания углерода в стали.

(iii) Время выдержки:

Время выдержки при температуре аустенизации должно составлять всего несколько секунд, затем он охлаждается на воздухе. В каждом из четырех или пяти циклов зерна феррита становятся меньше, но дальше этого не требуется.

В другом методе ультрамелкое зерно может быть получено даже в простых углеродистых сталях, но оно использовалось для дорогих легированных сталей из-за высокой стоимости. При повышении температуры аустенизации скорость зарождения аустенитных зерен увеличивается более интенсивно, чем линейная скорость их роста, в результате чего аустенитные зерна очень мелкие, если время выдержки там очень короткое, чтобы избежать роста. Охлаждение может быть быстрым, даже с помощью разбрызгивания воды, и цикл может быть повторен.

На практике лист из легированной стали сначала нагревают в трехфазной области аустенит + феррит + карбид в обычной газовой печи (предварительный нагрев). Каждая фаза ограничивает рост других.

Когда пластина выходит из печи, она проходит через индукционную катушку, которая очень быстро поднимает температуру выше Ac 3 . Последующее быстрое охлаждение водой способствует превращению при более низкой температуре. Получается ультрамелкозернистый феррит.

Как зернистая структура металлов в рулонной полосе влияет на…

Плоские металлические изделия обычно характеризуются набором механических свойств.Предел прочности на растяжение, предел текучести при смещении 0,2%, относительное удлинение и твердость представляют собой прикладные представления о том, как строительные блоки данного материала ведут себя в ответ на приложенную нагрузку. Растяжение, текучесть и удлинение являются эффективными показателями для управления ограничениями на сырье; насколько он будет гнуться, прежде чем сломается. Это особенно актуально для штамповщиков. Тем не менее, есть потенциально огромные преимущества в том, чтобы заглянуть на один слой глубже в структуру зерна, которая определяет его механические свойства.

Что такое металлические зерна?

Металл состоит из массива микроскопических кристаллов, называемых зернами, случайно ориентированных по всему материалу. Строительные блоки, составляющие отдельное зерно, представляют собой атомы составляющих элементов сплава, таких как углерод, железо, никель, хром и т. Д., Смешанные в твердый раствор. Зерна сплава образуются за счет повторяющегося расположения атомов, называемого кристаллической структурой, на которую влияет химический состав сплава.

Однородный участок металла, состоящий из одной повторяющейся кристаллической структуры, образующей одно или несколько зерен, можно назвать фазой.Механические свойства сплава являются функцией кристаллических структур, существующих в сплаве, а также размера и расположения зерен каждой фазы.

Как в сплаве образуются зерна?

Зерна сплава образуются при его затвердевании из жидкого в твердое состояние. Если не будут приняты огромные меры для облегчения осаждения и роста отдельного зерна, когда металл затвердевает из своей жидкой формы, твердые зерна термодинамически предпочтительной фазы будут осаждаться практически везде, где это позволяют давление, температура и химический состав материала.

Это потому, что отдельные зерна будут зарождаться везде, где они могут, и расти, пока не встретят другое зерно. Из-за их по-разному ориентированных кристаллических структур на пересечении несогласованных решеток образуется «граница зерен». В конце концов, весь металл будет состоять из этих, казалось бы, случайно ориентированных зерен.

Каждый раз, когда формируется металлическое зерно, существует вероятность существования одного или нескольких линейных дефектов или недостающих частей кристаллической структуры, известной как дислокация.Эти дефекты, дислокации в кристаллической структуре и их последующее движение по зерну и через границы зерен являются основой пластичности металла. Когда все атомы находятся там, где они должны быть в кристаллической структуре, нет места для движения за пределами растяжения атомных связей и вибраций по всей структуре. Когда вы удаляете атом, вы создаете возможность для другого атома скользить в это место, эффективно перемещая дислокацию. Когда на массивный сплав действует сила, совокупное движение дислокаций в микроструктуре позволяет осуществлять пластическую деформацию без разрушения.

Как зерна влияют на механические свойства?

Когда на сплав действует сила, такая как валки в прокатном стане, с ним совершается работа, то есть в систему добавляется энергия. Если к пластической деформации добавляется достаточно энергии, кристаллические решетки деформируются и образуются новые дислокации. Может показаться, что это должно увеличить пластичность, потому что появляется больше свободного пространства и больше возможностей для движения дислокации. Однако, когда дислокация сталкивается с другой дислокацией, они могут скрепить друг друга на месте.По мере увеличения количества и концентрации дислокаций все больше и больше дислокаций скрепляются вместе, что снижает пластичность. В конце концов, будет так много дислокаций, которые больше не смогут образоваться из-за холодной обработки, поскольку существующие закрепленные дислокации больше не могут двигаться; атомные связи в решетке растягиваются и растягиваются до тех пор, пока не разорвутся, вызывая разрыв. Вот почему сплавы усердно работают и ограничивают пластическую деформацию, которую массивный сплав может выдержать перед разрушением.

Зерна также играют значительную роль в отжиге.Отжиг достаточно закаленного материала по существу сбрасывает микроструктуру и восстанавливает пластичность. Во время отжига зерна трансформируются в 3 этапа:

  1. Восстановление: деформированные зерна фиксируют свою кристаллическую структуру, удаляя или переставляя дефекты.
  2. Рекристаллизация: новые бездефектные зерна зарождаются и поглощают исходные зерна.
  3. Рост: новые бездефектные зерна растут и поглощают друг друга.

Важно понимать, что существует минимальный уровень деформации, необходимый для начала рекристаллизации.Если материал не имеет достаточного запаса энергии деформации перед нагревом, рекристаллизация не произойдет, и зерна будут продолжать расти, превышая свой первоначальный размер.

Механические свойства могут быть изменены производителями металла, контролирующими рост зерна. Границы зерен, по сути, представляют собой стенку дислокаций, а также препятствуют движению дислокаций. Если рост зерен ограничен, будет большее количество зерен меньшего размера, которые можно считать «более мелкими» с точки зрения структуры зерен.Больше границ зерен означает меньшее движение дислокаций и более высокую прочность. Если зернам позволить больший рост, структура зерен становится «более крупной» с более крупными зернами, меньшим количеством границ и меньшей прочностью.

Размер зерна часто обозначается безразмерным числом, часто от 5 до 15. Это относительная шкала, относящаяся к среднему диаметру зерна; Чем выше число, тем мельче размер зерна. Методология измерения и оценки размера зерна изложена в ASTM E112 и включает подсчет количества зерен в заданной области.Это часто достигается путем разрезания поперечного сечения сырья, шлифовки и полировки, а также травления кислотой, чтобы обнажить зерна. Подсчет металлических зерен выполняется на микроскопе под увеличением, которое позволяет проводить адекватный отбор зерен и может быть автоматизировано. Присвоение номера размера зерна ASTM предполагает разумный уровень однородности формы и диаметра зерна. Может быть даже выгодно ограничить изменение размера зерна 2 или 3 пунктами, чтобы гарантировать постоянные свойства по всей массе.

В случае деформационного упрочнения прочность и пластичность имеют обратную зависимость. Это не так однозначно с размером зерна. Взаимосвязь между размером зерна ASTM и прочностью часто бывает положительной и сильной. Как правило, относительное удлинение и размер зерна по ASTM имеют обратную зависимость, но чрезмерный рост зерна может привести к «мертвенно-мягкому» материалу, который больше не может эффективно деформироваться.

Как контролируется размер зерна?

Размер зерна отожженного материала будет меняться со временем в зависимости от температуры и скорости охлаждения.Температура, при которой происходит перекристаллизация, определяется химическим составом и часто составляет 30-50% от точки плавления. При температуре процессы восстановления и рекристаллизации будут конкурировать друг с другом до тех пор, пока рекристаллизованные зерна не поглотят все деформированные зерна. После завершения рекристаллизации начинается рост зерна. Если материал не выдерживается при температуре достаточно долго, полученная структура может быть комбинацией старых и новых зерен. Если желательны однородные свойства по всему металлу, процесс отжига должен быть направлен на достижение однородной и равноосной структуры зерен.Равномерное означает, что все зерна примерно одинакового размера, а равноосные означает, что все они примерно одинаковой формы.

Для достижения однородной и равноосной микроструктуры каждая заготовка должна получать одинаковое количество тепла в течение одного и того же времени и охлаждаться с одинаковой скоростью. Этот критический шаг требует большой точности, и в этом случае партнеры по прецизионной перемотке превосходны. При периодическом отжиге это не всегда легко или возможно, поэтому важно хотя бы подождать, пока вся заготовка не нагреется, прежде чем считать время выдержки.Более длительное время выдержки и / или более высокая температура приведут к более крупнозернистой структуре / более мягкому материалу и наоборот.

Как зернистая структура влияет на формование?

Если размер зерна и прочность связаны между собой, а прочность уже известна, зачем вообще считать зерна, верно?

Все разрушающие испытания имеют вариативность. Испытание на растяжение, особенно при более низкой толщине, в значительной степени зависит от подготовки образца. Преждевременные разрушения могут привести к результатам прочности на разрыв, которые не отражают фактические свойства материала.Если свойства неоднородны по всей заготовке, снятие талона на растяжение с одного края может не рассказать всей картины. Подготовка и тестирование образцов также могут занимать много времени. Сколько тестов по скольким направлениям можно выполнить для данного продукта? Оценка структуры зерна – дополнительная страховка от сюрпризов.

Помимо прочности, изотропию / анизотропию можно лучше понять через зернистую структуру. Анизотропия относится к направленности механических свойств.Равномерная и равноосная зернистая структура должна быть изотропной, то есть иметь одинаковые свойства во всех направлениях. Изотропия жизненно важна в процессах глубокой вытяжки, где критична концентричность. Когда заготовка втягивается в матрицу, анизотропный материал не будет течь равномерно, что приведет к дефекту, называемому колошением, когда верхняя часть чашки имеет волнистый профиль. Проверка зернистой структуры может выявить неоднородности в заготовке и помочь диагностировать первопричину.

Правильный отжиг важен для достижения изотропии, но также важно понимать уровень деформации перед отжигом.Поскольку материал пластически деформируется, зерна начнут деформироваться. В случае холодной прокатки, когда толщина преобразуется в длину, зерна будут удлиняться в направлении прокатки. По мере изменения аспектного отношения зерен изменяются изотропия и объемные механические свойства. В случае сильно деформированной детали часть направленности может сохраняться даже после отжига, что приводит к анизотропии. Для материалов, подвергнутых глубокой вытяжке, иногда необходимо ограничить степень деформации перед окончательным отжигом, чтобы избежать заусенцев.

Колошение – не единственный дефект глубокой вытяжки, связанный с зерном. Апельсиновая корка может возникнуть при рисовании сырья со слишком крупными зернами. Каждое зерно деформируется независимо и в зависимости от своей кристаллографической ориентации. Различия в деформации между соседними зернами приводят к текстурированному виду, который, по мнению некоторых, выглядел как апельсиновая корка. Текстура – это зернистая структура, проявляющаяся на поверхности стенки чашки. Подобно пикселям на телевизионном экране, различия в каждой отдельной зернистости будут менее заметны при более мелкой зернистой структуре, эффективно увеличивая разрешение.Когда дело доходит до предотвращения появления апельсиновой корки, одного указания механических свойств может быть недостаточно для обеспечения достаточно мелкого размера зерна.

Чтобы объяснить эффект апельсиновой корки, когда изменение размеров заготовки менее чем в десять раз превышает диаметр зерна, свойства отдельных зерен будут определять поведение при формовании. Как свидетельствует визуальный эффект апельсиновой корки на стенке вытянутой чашки, вместо того, чтобы усреднять деформацию по многим зернам, она будет отражать конкретный размер и ориентацию каждого зерна.Для размера зерна ASTM, равного 8, средний диаметр зерна составляет 885 мкм, что означает, что любое уменьшение толщины на 0,00885 дюйма или меньше может зависеть от этого «эффекта микроформования». Это также одна из причин, по которым растяжение и Результаты предела текучести более тонких образцов на растяжение уменьшаются с уменьшением толщины и увеличением размера зерна.

Хотя крупное зерно может вызвать проблемы при глубокой вытяжке, иногда его рекомендуют для чеканки. Чеканка – это процесс деформации, при котором заготовка сжимается для придания желаемой топографии поверхности, такой как профиль Джорджа Вашингтона на четверти.В отличие от вытяжки, чеканка обычно не связана с большим потоком сыпучего материала и требует большого усилия, которое может только пластически деформировать поверхность заготовки. По этой причине минимизация напряжения течения на поверхности за счет использования более крупнозернистой структуры может помочь уменьшить усилие, необходимое для правильного заполнения штампа. Это особенно применимо в открытой штамповке, когда дислокации на поверхностных зернах могут свободно течь, а не накапливаться на границах зерен.

Важность связи между инженерами между металлообрабатывающими предприятиями и поставщиками материалов

Производители глубокой вытяжки и точные штамповочные машины по металлу, которые производят металлические детали, могли бы сотрудничать с металлургами в создании прецизионного перемоточного станка с высокими техническими возможностями.Партнеры Reroll с этими возможностями могут помочь производителям штампованных деталей оптимизировать свой материал до уровня зерна.

Производитель ленты или фольги, обладающий техническими возможностями, обладает знаниями и опытом в области материалов, необходимыми для измерения и управления широким спектром тонких переменных, которые могут положительно повлиять на производство штампованных деталей и их окончательное качество.

Решающее значение для успеха производства прецизионных деталей имеет двустороннее сотрудничество инженера с инженером, особенно когда оно применяется при разработке новых продуктов.Когда специалисты в области металлургии и инженерии по обе стороны отношений поставщик-производитель объединяются в единую команду, это может иметь трансформирующий эффект на готовые детали. Команда инженеров и металлургов Ульбриха имеет большой опыт в производстве металла для штампов с одними из самых жестких допусков и характеристик материала в отрасли. Работая вместе, особенно когда речь идет о зерне, мы можем помочь вашему бизнесу преодолеть некоторые из самых сложных проблем, связанных с металлом.

Обсуждаемые выше тенденции являются обобщениями, которые могут не применяться к какой-либо конкретной детали, выполненной из плоского листа или полосы металла.Тем не менее, они подчеркивают преимущества измерения и стандартизации размера зерна сырья при разработке новой детали, чтобы избежать распространенных ошибок и оптимизировать параметры формования. Обратитесь к инженеру сегодня, чтобы обсудить требования и спецификации, над которыми вы работаете в своем следующем проекте.

Металлы | Бесплатный полнотекстовый | Исследование микроструктуры и свойств бимодальной структурированной ультрамелкозернистой ферритной стали

. Холоднокатаная микроструктура двухфазной стали показана на рисунке 1b.Видно, что микроструктура была волокнистой вдоль направления прокатки, и как мартенсит, так и феррит были серьезно искажены из-за большой деформации. Микроструктуры образцов, отожженных при 650 ° C для различных времен выдержки, и соответствующие диаграммы распределения зерен по размерам показаны на рис. 2. Измеренный размер зерна был размером зерна феррита. Зерна крупнозернистой и мелкозернистой областей подсчитывались отдельно. Область с мелким зерном была образована рекристаллизацией первоначально деформированного мартенсита, и было много мелких карбидов, распределенных в области с мелким зерном.Однако выделения карбида в крупнозернистой зоне не наблюдалось. Кроме того, микротвердость мелкозернистой области была выше, чем у крупнозернистой. Поэтому отожженные микроструктуры сначала маркируют микротвердометром Виккерса. Чтобы статистические результаты были более точными, для каждой отожженной микроструктуры были подготовлены три металлографических образца и три изображения SEM были взяты из разных мест на каждом металлографическом образце. Когда время отжига составляло 30 мин, хотя можно видеть предварительное развитие бимодального явления, области крупных и мелких зерен были как мелкими, так и различие между ними не было очевидным.Кроме того, зерна диаметром ≤200 нм занимали большую часть мелкозернистой области, как показано на рис. 2а, е. Когда время отжига было увеличено до 40 мин, бимодальная характеристика стала наиболее очевидной (рис. 2b). Максимальное значение для мелкозернистой области было 0,91 мкм, а максимальное значение для крупнозернистой области – 1,9 мкм (рис. 2f). При времени отжига 50 мин изменение размера зерна в крупнозернистой области не было отчетливым. Однако зерна диаметром ≥1,5 мкм значительно увеличились в области мелкого зерна (рис. 2g).При дальнейшем увеличении времени отжига бимодальная характеристика постепенно ослабевает (рис. 2г). Разница в размере зерна между крупными и мелкозернистыми областями постепенно уменьшалась, и размер зерна постепенно становился однородным, как показано на рисунке 2h. Структура мартенситной планки предпочтительно разрушалась из-за большой деформации во время процесса холодной прокатки. Следовательно, большое количество дефектов и энергия искажения, присутствующая в холоднокатаном мартенсите, может увеличить скорость зарождения рекристаллизации и эффективно улучшить отожженную микроструктуру [21,22].Между тем, феррит имеет гораздо более высокую пластическую деформацию, поскольку он мягче мартенсита. Таким образом, в феррите было накоплено большое количество энергии искажения, что также было полезно для рекристаллизации микроструктуры холоднокатаного проката и благоприятно для улучшения отожженной микроструктуры [7,8,9]. Как показано на рис. 2а, когда время отжига составляло 30 минут, зерна исходной области феррита почти завершили рекристаллизацию. Однако в исходной мартенситной области все еще оставались не полностью рекристаллизованные зерна.Как показано в области белого эллипса на рис. 2а, исходная область мартенсита все еще была нечеткой и оставалась слегка искаженной. Кроме того, значения твердости по Виккерсу микроструктур, отожженных в течение разного времени, показаны на рисунке 4. Микроструктура, отожженная в течение 30 мин, сохранила более высокое значение твердости, чем при последующих процессах отжига. Это означало, что рекристаллизация зерен не была полной при отжиге в течение 30 мин. В начале процесса отжига основная движущая сила (E) рекристаллизации исходит от энергии искажения [21,23].Большая часть деформации была проведена в области феррита из-за его мягкой матрицы во время процесса холодной прокатки. Следовательно, энергия искажения единицы объема, запасенная в мартенситной области (q m ), была ниже, чем в ферритовой области (q f ). Кроме того, было много выделений в мартенситной области, как показано на рисунке 3 (обсуждается ниже), что привело к сдерживающей силе при миграции границ зерен. Следовательно, как рекристаллизация некоторых деформированных зерен, так и рост некоторых рекристаллизованных зерен в благоприятных положениях были заблокированы.Таким образом, мартенситная область постепенно трансформировалась в мелкозернистую. Однако сопротивление росту зерна в области первичного феррита было слабым, а запасенная энергия искажения была выше, поэтому эти зерна быстро росли и трансформировались в область крупных зерен. Микроструктура, отожженная при 650 ° C в течение 40 минут, показана на рисунке 2b. . Видно, что все зерна выросли дальше и рекристаллизация завершилась; Границы зерен как в области крупных зерен, так и в области мелких зерен были четкими.Между тем области мелких и крупных зерен были распределены по полосам и образовали пластинчатую межфазную структуру, которая согласуется с распределением холоднокатаного мартенсита и феррита. Кроме того, процентное содержание участков с мелким и крупным зерном было близко к процентному содержанию участков исходного мартенсита и феррита, соответственно. В этих условиях бимодальная характеристика распределения зерна была наиболее очевидной. Когда время отжига было дополнительно увеличено до 50 и 70 минут, зерна в области мелкого зерна и области крупного зерна быстро росли из-за большей движущей силы.Значения твердости по Виккерсу этих микроструктур были низкими, как показано на рисунке 4. Между тем, бимодальные характеристики становились все более неясными, как показано на рисунках 2c, g и 2d, h. Как упоминалось ранее, движущая сила рекристаллизации в исходной области мартенсита (E м ) была ниже, чем в исходной области феррита (E f ) в начале процесса отжига, и скорость увеличения R f было больше, чем R m . Однако с увеличением времени отжига деформированные зерна постепенно заменялись вновь неискаженными равноосными зернами.Следовательно, q f и q m постепенно уменьшались и со временем исчезли. Когда скорость роста зерна в мелкозернистой области была равна скорости роста зерна в крупнозернистой области, разница в размере зерна была наибольшей, и бимодальная характеристика распределения по размерам была наиболее очевидной, как показано на рисунке 2b. , ф. Основной движущей силой (E) роста зерна после полной рекристаллизации является снижение поверхностной энергии зерна. Чем меньше размер зерна, тем выше поверхностная энергия [24].Предполагается, что все зерна сферические. Если R – диаметр зерна, пусть γ – это поверхностная энергия на единицу площади поверхности зерна. Следовательно, движущая сила для роста зерна на единицу объема в мартенситной области (E m ) и ферритной области (E f ) упрощается следующим образом [24]. где k – коэффициент поверхностной энергии. Когда время отжига дополнительно увеличивалось, E m > E f , скорость роста зерна в области мелкого зерна превышала скорость роста зерна в области крупного зерна, поэтому размеры зерна в двух областях постепенно согласовывались.Кроме того, на рост зерен также влияло сопротивление частицы второй фазы. Дисперсные выделения в мелкозернистой области (отжиг в течение 40 мин) показаны на рисунке 3. Большое количество белых пятен было распределено в мелкозернистой области, которая имела два вида морфологии – прямоугольную и круглую – при большом увеличении. Размер этих преципитатов составлял ~ 50 нм. Результаты анализа EDS показали, что эти осадки содержат большие количества элементов Cr, Mn и Mo, как показано в Таблице 1.Во время нагрева двухфазной области большая часть легирующих элементов растворяется в аустените из-за их высокой растворимости. И в последующем процессе закалки большинству легирующих элементов было трудно диффундировать из-за высокой скорости охлаждения. После закалки большое количество элементов сплава (Cr и Mo) и углерода были пересыщены α-Fe. После холодной прокатки реечная структура мартенсита была преимущественно разрушена из-за большой деформации во время процесса холодной прокатки и большого количества дефектов и энергии деформации, присутствующей в холоднокатаном мартенсите.Следовательно, во время последующего процесса отжига искаженный мартенсит самопроизвольно рекристаллизовался, и пересыщенный углерод и легирующие элементы выделялись в виде мелкозернистых карбидов. Наконец, был получен ультрамелкозернистый феррит бимодальной структуры с наноразмерными карбидами.

Характеристика локального изменения размера зерна сварной конструкционной стали

  • 1.

    Холл Е.О. (1954) Изменение твердости металлов в зависимости от размера зерна. Nature 173: 948–9

    Статья Google ученый

  • 2.

    Armstrong RW, Codd I, Douthwaite RM, Petch NJ (1962) Пластическая деформация поликристаллических агрегатов. Philos Mag 7: 45–58

    Статья Google ученый

  • 3.

    Armstrong RW (1970) Влияние размера зерна поликристалла на некоторые механические свойства материалов. Metall Mater Trans 1: 1169–76

    Google ученый

  • 4.

    Тачибана С., Кавачи С., Ямада К., Кунио Т. (1988) Влияние измельчения зерна на предел выносливости простых углеродистых сталей при различных уровнях прочности.Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, A Hen / Transactions Japan Soc Mech Eng Part A 54: 1956–61

    Google ученый

  • 5.

    Фурукава М., Хорита З., Немото М., Валиев Р.З., Лэнгдон Т.Г. (1996) Измерения микротвердости и зависимость Холла – Петча в сплаве Al-Mg с субмикронным размером зерна. Acta Mater 44: 4619–29. DOI: 10.1016 / 1359-6454 (96) 00105-X

    Артикул Google ученый

  • 6.

    Чапетти М, Мията Х, Тагава Т, Мията Т, Фуджиока М (2004) Усталостная прочность ультрамелкозернистых сталей. Mater Sci Eng A 381: 331–6. DOI: 10.1016 / j.msea.2004.04.055

    Артикул Google ученый

  • 7.

    Hansen N (2004) Соотношение Холла – Петча и усиление границ. Scr Mater 51: 801–6. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2004.06.002

    Артикул Google ученый

  • 8.

    Hall EO (1951) Деформация и старение мягкой стали: III обсуждение результатов. Proc Phys Soc Sect B 64: 747–53

    Статья Google ученый

  • 9.

    Петч Н.Дж. (1953) Прочность поликристаллов на раскалывание. J Iron Steel Inst 174: 25–8

    Google ученый

  • 10.

    Масумура Р.А., Хаззледайн П.М., Панде С.С. (1998) Предел текучести мелкозернистых материалов. Acta Mater 46: 4527–34.DOI: 10.1016 / S1359-6454 (98) 00150-5

    Артикул Google ученый

  • 11.

    Робак Б. (2000) Измерение размера зерен и гранулометрического состава в конструкционных материалах. Mater Sci Technol 16: 1167–74

    Статья Google ученый

  • 12.

    Мингард К.П., Робак Б., Квестед П., Беннетт Э.Г. (2010) Проблемы микроструктурной метрологии для передовых инженерных материалов.Метрология 47: S67–82. DOI: 10.1088 / 0026-1394 / 47/2 / S08

    Артикул Google ученый

  • 13.

    Mingard KP, Roebuck B, Bennett EG, Gee MG, Nordenstrom H, Sweetman G et al (2009) Сравнение EBSD и традиционных методов измерения размера зерна твердых металлов. Int J Refract Met Hard Mater 27: 213–23. DOI: 10.1016 / j.ijrmhm.2008.06.009

    Артикул Google ученый

  • 14.

    Mingard KP, Day AP, Quested PN (2014) Последние разработки в двух фундаментальных аспектах дифракции обратного рассеяния электронов. IOP Conf Ser Mater Sci Eng 55: 012011. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 55/1/012011

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Mingard KP, Quested PN, Peck MS (2012) Определение размера зерна с помощью EBSD – Отчет о циклическом измерении равноосного титана

  • 16.

    ISO (2012) ISO 13067 – Анализ микропучкового излучения.Дифракция обратного рассеяния электронов. Измерение среднего размера зерна

  • 17.

    Курзидловски К.Дж., Баки Дж.Дж. (1993) Зависимость напряжения течения от распределения размеров зерен в поликристаллах. Acta Metall Mater 41: 3141–6

    Артикул Google ученый

  • 18.

    Weertman JR, Sanders PG, Youngdahl CJ (1997) Прочность нанокристаллических металлов с дефектами и без них. Mater Sci Eng A 234–236: 77–82

    Google ученый

  • 19.

    Morita T, Mitra R, Weertman JR (2004) Модель микромеханики, касающаяся поведения текучести нанокристаллических материалов. Mater Trans 45: 502–8. DOI: 10.2320 / matertrans.45.502

    Артикул Google ученый

  • 20.

    Бербенни С., Фавье В., Бервейлер М. (2007) Микромакро-моделирование эффектов распределения зерен по размерам на напряжение пластического течения гетерогенных материалов. Comput Mater Sci 39: 96–105.DOI: 10.1016 / j.commatsci.2006.02.019

    Артикул Google ученый

  • 21.

    Raeisinia B, Sinclair CW, Poole WJ, Tomé CN (2008) О влиянии гранулометрического состава на пластическое поведение поликристаллических металлов. Модель Simul Mater Sci Eng 16: 025001. DOI: 10.1088 / 0965-0393 / 16/2/025001

    Артикул Google ученый

  • 22.

    Ramtani S, Bui HQ, Dirras G (2009) Пересмотренная обобщенная самосогласованная поликристаллическая модель после формулировки инкрементальной малой деформации и включая эффект распределения зерен по размерам. Int J Eng Sci 47: 537–53. DOI: 10.1016 / j.ijengsci.2008.09.005

    Артикул Google ученый

  • 23.

    Лехто П., Ремес Х., Саукконен Т., Ханнинен Х., Романофф Дж. (2014) Влияние гранулометрического состава на соотношение Холла – Петча сварной конструкционной стали.Mater Sci Eng A 592: 28–39. DOI: 10.1016 / j.msea.2013.10.094

    Артикул Google ученый

  • 24.

    Gundersen HJG, Jensen EB (1983) Размеры частиц и их распределение, оцененные по пересечениям с линейной и точечной выборкой. Включая графическую развёртку. J Microsc 131: 291–310

    Статья Google ученый

  • 25.

    Gundersen HJG, Jensen EB (1985) Стереологическая оценка средневзвешенного объема произвольных частиц, наблюдаемых на случайных участках.J Microsc 138: 127–42

    Статья Google ученый

  • 26.

    ASTM E1382 – 97 (2004) Стандартные методы испытаний для определения среднего размера зерна с использованием полуавтоматического и автоматического анализа изображений. ASTM International, Западный Коншохокен. DOI: 10.1520 / E1382-97R04

    Google ученый

  • 27.

    Takeuchi S (2001) Механизм обратной зависимости Холла – Петча нанокристаллов.Scr Mater 44: 1483–7. DOI: 10.1016 / S1359-6462 (01) 00713-8

    Артикул Google ученый

  • 28.

    Fan G, Choo H, Liaw P, Lavernia E (2005) Модель обратной зависимости Холла – Петча для нанокристаллических материалов. Mater Sci Eng A 409: 243–8. DOI: 10.1016 / j.msea.2005.06.073

    Артикул Google ученый

  • 29.

    Андервуд EE (1970) Количественная стереология.Addison-Wesley Publishing Co., Ридинг

    Google ученый

  • 30.

    ASTM E1245-03 (2003) Стандартная практика определения включений или содержания компонентов второй фазы в металлах с помощью автоматического анализа изображений. ASTM International, Западный Коншохокен. DOI: 10.1520 / E1245-03

    Google ученый

  • 31.

    Lehto P (2015) Wiki Университета Аалто – измерение размера зерна с помощью Matlab.https://wiki.aalto.fi/display/GSMUM

  • 32.

    (1991) Руководство по исследованию металлов сварных швов ферритной стали под световым микроскопом, Док. IIW IX-1533-88. Weld World 29: 160–76

  • 33.

    ASTM E 562-02 (2002) Стандартный метод испытаний для определения объемной доли путем систематического ручного точечного подсчета. ASTM International, Западный Коншохокен. DOI: 10.1520 / E0562-11

    Google ученый

  • 34.

    ISO 14577–1 (2002) Металлические материалы. Инструментальный тест индентирования на твердость и параметры материалов. Часть 1: Метод испытаний. Международная организация по стандартизации, Женева

    Google ученый

  • 35.

    Джи М., Мингард К., Робак Б. (2009) Применение EBSD для оценки пластической деформации при механических испытаниях твердых сплавов WC / Co. Int J Refract Met Hard Mater 27: 300–12. DOI: 10.1016 / j.ijrmhm.2008.09.003

    Артикул Google ученый

  • 36.

    Mingard KP, Roebuck B., Bennett EG, Thomas M, Wynne BP, Palmiere EJ (2007) Измерение размера зерен с помощью EBSD в сложных микроструктурах горячедеформированных металлических сплавов. J Microsc 227: 298–308. DOI: 10.1111 / j.1365-2818.2007.01814.x

    Артикул Google ученый

  • 37.

    Саукконен Т., Аалто М., Вирккунен И., Эрнстен У, Ханнинен Х (2011) Распределение пластической деформации и остаточных напряжений в сварном шве трубы BWR из нержавеющей стали AISI 304.15-й Int. Конф. Environ. Деграда, стр. 2351–67

  • 38.

    Radwański K, Wrożyna A, Kuziak R (2015) Роль передовых характеристик микроструктуры в моделировании механических свойств сталей AHSS. Mater Sci Eng A 639: 567–74. DOI: 10.1016 / j.msea.2015.05.071

    Артикул Google ученый

  • 39.

    Nie W, Shang C, You Y, Zhang X, Subramanian S (2013) Микроструктура и вязкость моделируемой зоны термического влияния сварки в трубопроводной стали X100 с высоким сопротивлением деформации.Acta Metall Sin 48: 797–806. DOI: 10.3724 / SP.J.1037.2012.00215

    Артикул Google ученый

  • 40.

    Sabooni S, Karimzadeh F, Enayati MH, Ngan a HW (2015) Сварка трением с перемешиванием ультрамелкозернистой аустенитной нержавеющей стали 304L, полученной методом мартенситной термомеханической обработки. Mater Des 76: 130–40. DOI: 10.1016 / j.matdes.2015.03.052

    Артикул Google ученый

  • 41.

    Gazder A, Cao W, Davies CHJ, Pereloma EV (2008) Исследование EBSD стали без зазоров, подвергнутой равноканальной угловой экструзии. Mater Sci Eng A 497: 341–52. DOI: 10.1016 / j.msea.2008.07.030

    Артикул Google ученый

  • 42.

    Haušild P, Materna A, Nohava J (2014) Характеристика анизотропии твердости и модуля вдавливания с помощью наноиндентирования. Metallogr Microstruct Anal 3: 5–10.DOI: 10.1007 / s13632-013-0110-8

    Артикул Google ученый

  • 43.

    Stinville JC, Tromas C, Villechaise P, Templier C (2011) Изменения анизотропии твердости и модуля вдавливания, вызванные плазменным азотированием поликристаллической нержавеющей стали 316L. Scr Mater 64: 37–40. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2010.08.058

    Артикул Google ученый

  • 44.

    Patriarca L, Abuzaid W, Sehitoglu H, Maier HJ (2013) Проскальзывание в поликристалле bcc FeCr. Mater Sci Eng A 588: 308–17. DOI: 10.1016 / j.msea.2013.08.050

    Артикул Google ученый

  • 45.

    Soer W, De Hosson JTM (2005) Определение сопротивления границ зерен переносу скольжения с использованием наноиндентирования. Mater Lett 59: 3192–5. DOI: 10.1016 / j.matlet.2005.03.075

    Артикул Google ученый

  • 46.

    Durst K, Backes B, Göken M (2005) Эффект размера вдавливания в металлических материалах: корректировка размера зоны пластика. Scr Mater 52: 1093–7. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2005.02.009

    Артикул Google ученый

  • 47.

    Lilleodden E, Nix W (2006) Микроструктурные эффекты масштаба длины в поведении наноиндентирования тонких пленок золота. Acta Mater 54: 1583–93. DOI: 10.1016 / j.actamat.2005.11.025

    Артикул Google ученый

  • 48.

    Zhao MC, Yang K, Shan YY (2003) Сравнение характеристик прочности и вязкости микролегированных сталей для трубопроводов с игольчатым ферритом и сверхмелкозернистым ферритом. Mater Lett 57: 1496–500. DOI: 10.1016 / S0167-577X (02) 01013-3

    Артикул Google ученый

  • 49.

    Фаттахи М., Набхани Н., Хоссейни М., Арабиан Н., Рахими Э. (2013) Влияние Ti-содержащих включений на зарождение игольчатого феррита и механические свойства металлов многопроходных сварных швов.Микрон 45: 107–14. DOI: 10.1016 / j.micron.2012.11.004

    Артикул Google ученый

  • 50.

    Seo JS, Lee C, Kim HJ (2013) Влияние содержания кислорода на микроструктуру и характеристики включения бейнитных металлов сварных швов. ISIJ Int 53: 279–85

    Статья Google ученый

  • 51.

    Сео Дж. С., Ким Х. Дж., Ли С. (2013) Влияние добавления Ti на микроструктуру сварного шва и характеристики включения бейнитных сварных швов GMA.ISIJ Int 53: 880–6. DOI: 10.2355 / isijinternational.53.880

    Артикул Google ученый

  • 52.

    Han R, Lu S, Dong W, Li D, Li Y (2015) Морфологическая эволюция осевой структуры и изогнутого столбчатого зерна в сварном шве. J Cryst Growth 431: 49–59. DOI: 10.1016 / j.jcrysgro.2015.09.001

    Артикул Google ученый

  • 53.

    Хан Р., Донг В., Лу С., Ли Д., Ли И. (2014) Моделирование морфологической эволюции столбчатых дендритных зерен в расплавленной ванне при сварке газовой вольфрамовой дугой. Comput Mater Sci 95: 351–61. DOI: 10.1016 / j.commatsci.2014.07.052

    Артикул Google ученый

  • 54.

    Kidess A, Tong M, Duggan G, Browne DJ, Kenjeres S, Richardson I. et al (2015) Интегрированная модель формы после затвердевания и морфологии зерен сварных швов плавлением.Int J Heat Mass Transf 85: 667–78. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2015.01.144

    Артикул Google ученый

  • 55.

    Kou S, Le Y (1986) Механизм зародышеобразования и измельчение зерна металла шва. Сварной шов J 65: 305–13

    Google ученый

  • 56.

    Tan W, Shin YC (2015) Многомасштабное моделирование затвердевания и развития микроструктуры в процессе лазерной сварки с замочной скважиной для аустенитной нержавеющей стали.Comput Mater Sci 98: 446–58. DOI: 10.1016 / j.commatsci.2014.10.063

    Артикул Google ученый

  • Понимание влияния структуры зерен в аустенитной нержавеющей стали от нанозернистого режима до крупнозернистого на функции остеобластов с использованием новой последовательности деформационного отжига металла.

    [16] Парк К.Т., Ким Ю.С., Шин Д.Х. Стабильность микроструктуры ультрамелкозернистой низкоуглеродистой стали

    , содержащей ванадий, полученной путем интенсивного пластического деформирования.

    Metall Mater Trans A 2001; 32A: 2373–81.

    [17] Tsuji N, Saito Y, Utsunomiya H, Tanigawa S. Ультрамелкозернистая массивная сталь

    , полученная методом накопительного валкового соединения (ARB). Scripta Mater

    1999; 40: 795–800.

    [18] Сайто Ю., Уцуномия Х., Цуджи Н., Сакаи Т. Новый процесс сверхвысокого деформирования для сыпучих материалов

    – разработка процесса накопительного склеивания валков (ARB).

    Acta Mater 1999; 47: 579–83.

    [19] Costa ALM, Reis ACC, Kestens L., Andrade MS.Ультра-измельчение зерна и упрочнение

    IF-стали во время накопительного валкового соединения. Mater Sci Eng A

    2005; 406: 279–85.

    [20] Жиляев А.П., Нурисламова Г.В., Ким Б.К., Баро М.Д., Шпунар Дж.А., Лонгдон Т.Г.

    Экспериментальные параметры, влияющие на измельчение зерна и изменение микроструктуры

    при кручении под высоким давлением. Acta Mater 2003; 51: 753–65.

    [21] Иванисенко Ю., Лойковски В., Валиев Р.З., Фехт Г.Дж. Механизм образования наноструктуры

    и растворения цементита в перлитной стали при кручении под высоким давлением

    .Acta Mater 2003; 51: 5555–70.

    [22] Белади Х., Келли Г.Л., Шокухи А., Ходжсон П.Д. Влияние термомеханических параметров

    на критическую деформацию для образования ультратонкого феррита при испытании на кручение горячим

    . Mater Sci Eng A 2004; 367: 152–61.

    [23] Sauvage X, Wetscher F, Pareige P. Механическое сплавление Cu и Fe, вызванное

    сильной пластической деформацией композита Cu-Fe. Acta Mater

    2005; 53: 2127–35.

    [24] Беляков А., Сакаи Т., Миура Х., Кайбышев Р.Подконструкции и внутренние напряжения

    , возникающие при горячей горячей деформации аустенитной нержавеющей стали. Scripta

    Mater 2000; 42: 319–25.

    [25] Lianxi H, Yuping L, Erde W., Yang Y. Ультрамелкозернистая структура и механические свойства

    свойства сплава Al LY12, полученного путем многократной осадки-экструзии. Mater

    Sci Eng A 2006; 422: 327–32.

    [26] Мисра РДК, Наяк С., Мали С., Шах Дж., Сомани М.С., Карьялайнен Л.П. Микроструктура

    и деформационное поведение аустенитной нержавеющей стали с нанозернистым / ультратонким зерном

    (NG / UFG), вызванной обращением фаз.Металл Матер Транс А

    2009; 40: 2498–509.

    [27] Misra RDK, Thein-Han WW, Pesacreta TC, Hasenstein KH, Somani MC,

    Karjalainen LP. Клеточный ответ преостеобластов на нанозернистые / ультратонкие-

    зернистые структуры. Acta Biomater 2009; 5: 1455–67.

    [28] Singer II, Paradiso PR. Трансмембранные отношения между фибронектином и

    винкулином (белок 130 кДа) – модуляция сыворотки в нормальных и трансформированных

    фибробластах хомячка. Eur Cell Mater J 1981; 24 (2): 481–92.

    [29] Daculsi G, Pilet P, Cottrel M, Guicheux G. Роль фибронектина в биологическом зародышеобразовании кристаллов апатита

    : ультраструктурная характеристика. J Biomed Mater Res

    1999; 47: 228–33.

    [30] Гарсия AJ, Vega MD, Bioettiger D. Модуляция пролиферации клеток и дифференцировка

    посредством субстрат-зависимых изменений конформации фибронектина

    . Mol Biol Cell 1999; 10 (3): 785–98.

    [31] Чен Л.Б., Мюррей А., Сигал Р.А., Бушнелл А., Уолш М.Л.Исследования межклеточных матриц

    позволяет гликопротеинам. Eur Cell Mater J 1978; 14: 377–91.

    [32] Хайнс Р.О., Пока Дж. М.. Плотность и зависимость клеточного цикла белков клеточной поверхности

    в фибробластах хомяка. Eur Cell Mater J 1974; 3: 113–20.

    [33] MacDonald DE, Rapuano BE, Deo N, Stranick M, Somasundaran P, Boskey AL.

    Термическая и химическая модификация титан-алюминиево-ванадиевых материалов

    материалы имплантата: влияние на свойства поверхности, адсорбция гликопротеинов,

    и прикрепление клеток MG63.Биоматериалы 2004; 25: 3135–46.

    [34] Venkatsurya PKC, Girase B, Misra RDK, Pesacreta TC, Somani MC, Karjalainen

    LP, Взаимодействие между функциями остеобластов и степенью наноразмерной шероховатости

    , вызванной бороздками границ зерен нанозернистых / крупнозернистых

    материалов. Mater Sci Eng C 2012; 32: 330–340.

    [35] Хантер А, Арчер CW, Уокер PS, Бланн GW. Прикрепление и пролиферация

    остеобластов и фибробластов на биоматериалах для ортопедического использования.Биоматериалы

    1995; 16: 287–95.

    [36] van Recum AF, Shannon CE, Cannon EC, Long KJ, van Kooten TG, Meyle J.

    Шероховатость, пористость и текстура поверхности как модификаторы клеточной адгезии.

    Tissue Eng 1996; 2: 241–53.

    [37] Чесмель К., Блэк Дж. Клеточные реакции на химические и морфологические аспекты поверхностей биоматериала

    I. Новая модельная система in vitro. J Biomed Mater Res

    1995; 29: 1089–99.

    [38] Багамбиса Ф. Б., Джоос У.Предварительные исследования феноменологического поведения остеобластов

    , культивированных на гидроксиапатитовой керамике. Биоматериалы 1990; 11: 50–6.

    [39] Sailaja GS, Ramesh P., Kumary TV, Varma HK. Клетка остеосаркомы человека

    адгезионное поведение на гидроксиапатитном комплексном полиэлектролитном комплексе хитозан-поли (акриловая кислота)

    . Acta Biomater 2006; 2: 651–7.

    [40] Хотт М., Ноэль Б., Ассолант Д. Б., Рей С., Мари П. Дж. Пролиферация и дифференцировка

    трабекулярных остеобластических клеток человека на гидроксиапатите.J Biomed Mater Res

    1997; 37: 508–16.

    [41] Мейер У., Бухтер А., Висманн HP, Джоос У, Джонс ДБ. Основные реакции остеобластов

    на поверхности структурированного материала. Eur Cell Mater J 2005; 9: 39–49.

    [42] Хелен Х.Л., Эль-Амин Саадиг Ф., Скотт Д.К., Като Л. Трехмерные, биоактивные,

    биоразлагаемые, полимерно-биоактивные стеклокомпозиты с улучшенными механическими свойствами

    поддерживают синтез коллагена и минерализацию человеческих остеобластов. in vitro.Журнал BiomedBiomedMaterRes2002; 64A: 465–74.

    [43] Zhao G, Schwartz Z, Wieland M, Rupp F, Geis-Gerstorfer J, Cochran DL, et al.

    Высокая поверхностная энергия усиливает реакцию клеток на микроструктуру поверхности титана.

    . Журнал J Biomed Mater Res 2005; 74A: 49–58.

    [44] Гольдберг В.М., Джинно Т. Интерфейс костного имплантата. Динамическая поверхность. J Long

    Term Effect Med Implants 1999; 9: 11–21.

    [45] Бузер Д., Шенк Р., Штейнеманн С., Фиореллини Дж., Фокс С., Стич Х.Влияние характеристик поверхности

    на костную интеграцию титановых имплантатов. Гистоморфометрическое исследование

    на миниатюрных свиньях. J Biomed Mater Res 1991; 25: 889–902.

    [46] Li D, Ferguson SJ, Beutler T., Cochran DL, Sittig C, Hirt HP и др. Биомеханика

    сравнение обработанной пескоструйной и кислотной обработкой поверхности титана

    для дентальных имплантатов с механической обработкой и кислотным травлением. J Biomed Mater Res 2002; 60: 325–32.

    [47] Веннерберг А., Вктессаби А., Альбректссон Т., Йоанссон К., Андерссон Б.Int J Oral

    Maxillofac Implants 1997; 12: 486–94.

    [48] Клоккевольд П.Р., Нишимура Р.Д., Адачи М., Капуто А.

    усиление остеоинтеграции за счет химического травления поверхности титана. Исследование снятия крутящего момента на кролике

    . Clin Oral Implant Res 1997; 8: 442–7.

    [49] Купер Л.Ф., Масуда Т., Юлихейккила П.К., Фелтон Д.А. Обобщение относительно процесса

    и феномена остеоинтеграции. Часть II исследования in vitro. Int J Oral

    Maxillofac Implants 1998; 13 (2): 163–74.

    [50] Ансельм К. Адгезия остеобластов к биоматериалам. Биоматериалы 2000; 21:

    667–81.

    [51] Webster TJ, Ergun C, Doremus RH, Siegel RW, Bizios R. Специфические белки

    опосредуют усиленную адгезию остеобластов к нанофазной керамике. J Biomed

    Mater Res 2000; 51 (3): 475–83.

    [52] Modes T, Metzner C, Siegel RW, Bizios R. Структура и свойства оксидных слоев титана

    , осажденных реактивным плазменным электронным пучком

    испарением.Surf Coat Technol 2008; 200: 306–9.

    [53] Sousa SR, Moradass-Ferreira P, Saramago B, Melo LV, Barbosa MA. Адсорбция сывороточного альбумина человека

    на диоксиде титана из растворов отдельных белков и из плазмы

    . Ленгмюр 2004; 20: 9745–54.

    [54] Sousa SR, Moradass-Ferreira P, Barbosa MA. Тип TiO

    2

    влияет на адсорбцию фибронектина

    . J Mater Sci Mater Med 2005; 16: 1173–8.

    [55] Сомани М.С., Юнтен П., Карьялайнен Л.П., Мисра РДК, Киролайнен А.Улучшенные механические свойства

    за счет восстановления метастабильных аустенитных нержавеющих сталей

    . Металл Транс А 2009; 40 (3): 729.

    6258 R.D.K. Misra et al. / Acta Biomaterialia 9 (2013) 6245–6258

    Размер зерен дуплекса в аустенитных и суперсплавах на основе никеля

    Металлы имеют кристаллическую структуру. Когда металл затвердевает из расплавленного состояния, начинает расти множество крошечных кристаллов . Эти кристаллы образуют зерен в твердом металле.По мере формирования деформируемого металла продукт проходит повторяющиеся циклы прокатки для уменьшения поперечного сечения и отжига для рекристаллизации зерен. Это не только укрепляет продукт, но и дает ему очень однородную, однородную зернистость.

    Пристальное внимание уделяем зернам. Зерновые многое говорят нам о продукте и о том, как он должен работать. Размер зерна оказывает ощутимое влияние на большинство механических свойств. Например, при комнатной температуре твердость, предел текучести, предел прочности на разрыв, усталостная прочность и ударная вязкость увеличиваются с уменьшением размера зерна.

    Иногда наблюдаются дуплексные зернистые структуры, особенно в суперсплавах на основе никеля. Дуплексная зернистая структура – это структура, в которой как относительно крупные, так и мелкие зерна присутствуют в одной и той же металлической матрице одновременно. Размер зерна дуплекса может возникать в некоторых металлах и сплавах в результате их термомеханической обработки, часто в образцах, где рекристаллизация не завершена, или в начале быстрого роста зерна. Дуплексный характер гранулометрического состава может быть сильно разделен, в других случаях два распределения смешиваются.Присвоение среднего значения размера зерна дуплексному образцу с размером зерна не дает адекватной характеристики внешнего вида этого образца и может даже искажать его внешний вид. Например, усреднение двух явно разных размеров зерен может привести к сообщению о размере, который фактически не существует нигде в образце.

    На рисунке A показано относительно хорошо перемешанное бимодальное распределение размеров зерен.

    На рисунке B, с другой стороны, показан чрезвычайно сегрегированный пример состояния дуплексного размера зерна.На поверхности этого образца из низкоуглеродистой стали произошел рост зерна.

    Другой сегрегированной формой дуплексного состояния является так называемый тип «ожерелья», как показано на рисунке C. Это из высоколегированной нержавеющей стали, где мелкие перекристаллизованные зерна окружают крупные не рекристаллизованные зерна.

    Количество мелких и крупных зерен может значительно различаться. На рисунке D показано более равное процентное содержание мелких и крупных зерен в суперсплаве на основе никеля.

    Опять же, размер зерна таких образцов не следует описывать одним средним значением, так как вполне возможно, что в образце не будет реальных зерен такого размера. Лучшим подходом является определение процента площади каждого гранулометрического состава и среднего размера зерна каждого гранулометрического состава в образцах с дуплексным или бимодальным гранулометрическим составом. Методы испытаний для определения наличия дуплексного размера зерна представлены в ASTM E118.Распространенная категория в аэрокосмической промышленности, относится к таким сортам, как круглый пруток 718 и поковки. Там спецификации ASTM учитывают дуплексный размер зерна в металле. Один из примеров может гласить: «Размер зерна от 5 до 6, иногда до 00». Это означает, что большинство (обычно 80%) зерен составляют 5-6 однородных зерен, но могут быть отдельные зерна или группы зерен с размером зерен до 00, и , что приемлемо , при условии, что они не более 20% от общего количества измеренных зерен.И не все характеристики одинаковы; AMS 5662 применяет правило 20% в отношении всего поперечного сечения продукта , а не отдельного образца зерна.

    Другие термины, которые мы можем увидеть, связанные с размером дуплексного зерна, как описано в ASTM E-1181, подробно описаны в следующей таблице из документа SNECMA:

    Исходя из вышесказанного, SNECMA определяет три класса структуры зерна как приемлемый , а именно:
    класс 1: разница в среднем зерне находится в пределах 2 чисел размера зерен = единая популяционная структура
    класс 2: разница в пределах 3 чисел размера зерен = смешанный размер зерна
    класс 3: разница составляет 4 или более в среднем чисел размера зерна = дуплексная структура зерна

    Дуплексное зерно не является непосредственной причиной отказа от продукта, и во многих случаях конечные пользователи и их спецификации делают поправку и открыто принимают дуплексное зерно.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.