Урок 20. ПОНЯТИЕ О ПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ МЕТАЛЛА

Вопросы для повторения:

1. Расскажите о пороге хладноломкости.

2. Влияние хладноломкости на прочность конструкций.

3. Объясните какие факторы влияют на конструктивную прочность.

Старение - это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Старение бывает искусственное и естественное.

Искусственное старение происходит при нагреве закаленной стали до 100 - 170°С и представляет собой начала превращения при первой стадии отпуска, группировку атомов углерода в решетке мартенсита и выделение ε-карбида с одновременным обеднением углеродом мартенсита, который становится неоднородным и уменьшает степень своей тетрагональности.

Естественное старение - старение, при котором совершаются подобные же процессы при очень длительной, продолжающейся месяцы и даже годы, выдержке закаленной стали при комнатной температуре, когда превращения, происходящие в ее структуре, чрезвычайно затруднены и замедлены.

Напряжения, образующиеся при закалке стали или при холодной ее обработке и вызываемая ими пластическая деформация, которая увеличивает число дислокаций и других дефектов в металле, сильно облегчают и ускоряют процесс старения.

Искусственное старение применяется для стабилизации структуры, свойств и размеров измерительного инструмента или постоянных магнитов, применяемых в приборостроении.

Такое старение производится путем длительной выдержки закаленных изделий при температуре около 100°С. При отсутствии специальной печи с автоматической регулировкой температур старение можно производить простым кипячением в воде, так как температура при этом не повысится более 100°С.

Чтобы ускорить процесс старения путем создания дополнительных термических напряжений и пластической деформации, изделия несколько раз подвергают охлаждению до температур значительно ниже 0° и последующему нагреву. Например, шестикратным охлаждением закаленных калибров до -70°С и таким же количеством промежуточных нагревов до 80°С можно за 48 ч достигнуть такой же стабилизации их размеров, как за несколько лет выдержки при комнатной температуре.

Концевые калибры после закалки следует обязательно подвергать искусственному старению до того, как им будут приданы окончательные размеры, иначе их размеры будут изменяться при хранении инструмента благодаря естественному старению.

Старение постоянных магнитов с течением времени изменяет их Магнитные свойства. Естественно, что показания приборов, в которых работают такие магниты, искажаются. Чтобы предупредить его явление. Постоянные магниты подвергают искусственному старению - нагреванию 100°С в течение 8 - 10ч. Такое старение, хотя несколько и изменяет их магнитные свойства, однако делает их стабильными, и показания приборов в дальнейшем не искажаются.

Старение низкоуглеродистой стали, в отличие от высокоуглеродистой, происходит не после специальной ее закалки, а в прокатанном состоянии. Процесс старения у нее происходит не в мартенсите, а в феррите. Феррит низкоуглеродистый, особенно кипящей стали содержит в пересыщенном твердом растворе небольшое количество азота и углерода. Это является причиной старения низкоуглеродистой стали, которое резко усиливается после холодной прокатки или волочения или под действием напряжений, вызывающих пластическую деформацию и, следовательно, увеличение количества дислокаций. Старение после пластической деформации называется деформационным (механическим) старением.

Такое старение, как и старение высокоуглеродистой закаленной стали состоит в выделении групп атомов азота и углерода, а затем в образовании частиц нитридов и карбидов. Оно также возрастает при повышении температуры, но большей частью происходит при комнатной температуре, т.е. бывает естественным. Азот, растворимость и перемещаемость атомов которого в решетке феррита при комнатной температуре примерно в 20 раз больше, чем для углерода, играет основную роль в процессе естественного старения. При повышенных температурах растворимость углерода в феррите повышается, следовательно, увеличивается его роль в процессе искусственного старения.

По мере протекания процесса старения все большее и большее количество атомов азота и углерода перемещается к дислокациям. Чем больше степень деформации, тем больше дислокаций и тем больше аффект упрочнении и повышения твердости после старения.

Однако при очень большой степени деформации и дислокаций становится так много, что атомов для их заполнения не хватает и дальнейшего повышения твердости не наблюдается.

Большую опасность представляет деформационное старение низкоуглеродистой стали для котлов, у которой в местах пробивки отверстий для заклепок после длительного нагрева при работе котла происходит старение. Сталь становится более твердой, теряет пластичность и становится хрупкой, что может вызвать образование трещин, а следовательно, и взрыв котла; особенно опасно его для паровозных и пароходных котлов. Поэтому для таких котлов рекомендуется применять нестареющую сталь. Спокойные мелкозернистые стали с добавкой алюминия или циркония, или титана, или других элементов, предварительно хорошо раскисленные, практически не стареют.

Склонность низкоуглеродистой котельной стали к старению проверяется испытанием на деформационное старение.

Чувствительность стали к старению устанавливают по отношению изменения её ударной вязкости после старения к ударной вязкости в исходном состоянии.

Контрольные вопросы:

1. Объясните процесс искусственного старения.

2. Как осуществляется естественное старение?

3. Как происходит старение высокоуглеродистой закаленной стали?

Поиск по сайту: