Критические температуры

Критические температуры


Температуры, при которых происходят внутренние изменения в структуре стали, часто называют “критическими точками”. Они различны в сталях с различным содержанием углерода. Чем выше процентное содержание присутствующего углерода, тем ниже температура, необходимая для внутреннего изменения. Другими словами, критические точки высокоуглеродистой стали ниже, чем у низкоуглеродистой стали. В сталях с обычно используемым содержанием углерода существуют две из этих критических температур, называемых точкой декалесценции и точкой восстановления, соответственно.


Декалесценция и её связь с затвердеванием


Все, кто интересуется упрочнением стали, наверняка заметили, что в статьях, время от времени появляющихся в технической прессе, все чаще упоминаются точки распада и повторного распада стали. Только в последние несколько лет эта особенность стали вышла на первый план, и всё еще очень много тех, кто не обладает даже элементарными знаниями в этой области. Несколько неясные ссылки, которые обычно можно увидеть в трактатах по закаливанию, не очень помогут человеку в закалочном цехе лучше понять этот вопрос, и поэтому многие будут рады элементарному объяснению этого явления.

Можно процитировать, что, с точки зрения истории, закалка проводилась с большим или меньшим успехом, со времён знаменитых дамасских мечей до сравнительно недавнего времени, и никто не обнаружил, что сталь обладает такой особенностью, как декалесценция, но тем не менее, её связь с закалкой существовала всегда, и ее открытие проложило путь для большого научного исследования предмета, который ранее контролировался эмпирическим правилом.

Декалесценция и рекалесценция или критические точки


“Декалесценция” и “рекалесценция” или “критические точки” (также иногда обозначаемые Ac. 1 и Ar. 1), которые имеют отношение к упрочнению стали, представляют собой просто изменения, происходящие в химическом составе стали при определённых температурах как при нагреве, так и при охлаждении. Сталь при нормальных температурах содержит углерод, который является ее основным упрочняющим компонентом, в определенной форме — точнее, перлитный углерод — и при нагревании до определенной температуры происходит изменение, и перлитный углерод становится цементитом или упрочняющим углеродом. Аналогично, если дать ему медленно остыть, твердеющий углерод снова превратится в перлит.

Точками, в которых происходят эти эволюции, являются декалесценция и рекалесценция или критические точки, и эффект этих молекулярных изменений заключается в том, чтобы вызвать повышенное поглощение тепла при повышении температуры и выделение тепла при понижении температуры.

Иными словами, во время нагрева куска стали происходит остановка, и он продолжает поглощать тепло без заметного повышения температуры в точке декалесценции, хотя его внутреннее окружение может быть горячее, чем сталь.
Аналогично, сталь медленно остывает, не так ли, при определенной температуре на самом деле температура точек восстановления увеличивается, хотя окружающая среда может быть холоднее. Это происходит в точке восстановления.

Связь этих критических точек с упрочнением заключается в том факте, что до тех пор, пока не будет достигнута температура, достаточная для осуществления первого действия, так что углерод из перлита будет заменен на упрочняющий углерод, и если он не будет охлажден с достаточной скоростью, чтобы практически исключить второе действие, упрочнение не может произойти. Скорость охлаждения зависит от материала, и переменный ток учитывает тот факт, что большие изделия требуют закалки при более высоких температурах, чем маленькие.

Температуры при которых происходит декалесценция

Очень важной особенностью является то, что сталь, содержащая упрочняющий углерод, т. е. сталь выше температуры декалесценции, является немагнитной. Любой желающий может продемонстрировать это сам, нагрев кусок стали до ярко-красного цвета и протестировав его с помощью обычного магнита. Пока он ярко-красный, будет обнаружено, что он не притягивает магнит, но примерно при вишнево-красном цвете он восстанавливает свои магнитные свойства. Эта функция была использована в качестве средства определения правильной температуры отверждения, и на рынке имеются приборы для ее применения. Его использование, безусловно, рекомендуется там, где нет установки пирометров; единственный момент, требующий оценки, — это время, в течение которого изделие должно оставаться в печи после того, как оно стало немагнитным. Это зависит от веса и охлаждающей поверхности, но может быть сведено в таблицу в зависимости от веса.

Трудно указать достоверные температуры, при которых происходит декалесценция. Температуры варьируются в зависимости от количества углерода, содержащегося в стали, и для высокоскоростной стали они намного выше, чем для обычной тигельной стали.

Для получения кривых декалесценции обычно используются специальные электрические печи, но с осторожностью это можно сделать в обычной газовой печи с подходящим пирометром. Все, что необходимо,  это просверлить глухое отверстие в куске обрабатываемой стали, чтобы сформировать карман для размещения конца пирометра. Он должен быть достаточной длины, чтобы охватывать катушку сопротивления на конце пирометра. Затем образец следует поместить в печь с включенным пирометром, подать газ, и, если печи дать возможность очень медленно нагреваться до температуры, скажем, 1380 градусов по Фаренгейту (750 градусов по Цельсию), будет получена кривая декалесценции, если пирометр является регистрирующим.

Точно так же, если дать печи медленно остыть, то будет видно, что в точке повторного нагревания образец выделяет тепло и даже некоторое время повышается в температуре. Эксперименты такого рода вряд ли осуществимы для среднего цеха закалки, но когда требуется найти самую низкую температуру закалки для куска стали, магнит может быть использован с пользой.

Подведём итог


Подводя итог, можно сказать, что точка декалесценции любой стали указывает правильную температуру закалки этой конкретной стали. Это происходит при повышении температуры стали. Изделие готово к удалению из источника тепла непосредственно после того, как оно равномерно нагреется до этой температуры, поскольку после этого структурные изменения, необходимые для получения твердости, будут завершены.

Нагрев изделия немного сильнее может быть невозможен по одной или обеим из двух следующих причин.

  • Во-первых, в случае, если деталь нагревалась слишком быстро, то есть неравномерно, эта избыточная температура обеспечит полное структурное изменение по всей детали.
  • Во-вторых, таким образом, можно допустить любую незначительную потерю тепла, которая может иметь место при переносе изделия из печи в закалочную ванну, оставляя изделие при надлежащей температуре при закалке.

Если куску стали, нагретому выше точки декалесценции, дать медленно остыть, он претерпит структурные изменения, обратные тем, которые происходят при повышении температуры. Точка, в которой это происходит, является точкой восстановления и ниже критической температуры повышения примерно на 85-25 градусов. Расположение этих точек становится очевидным благодаря тому факту, что при прохождении через них температура стали остается постоянной в течение значительного промежутка времени.

Хорошо бы заметить, что низшая из этих точек не проявляется до тех пор, пока высшая не будет полностью пройдена. Поскольку эти критические точки различны для разных сталей, они не могут быть определенно известны для какой-либо конкретной стали без фактического определения. В то время как нагрев куска стали до соответствующей температуры закалки приводит к изменению его структуры, что делает возможным увеличение его твердости, это условие является только временным, если деталь не закалена.

Критические температуры

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх