Изменение структуры стали при закалке
Закалка стали представляет собой процесс термической обработки, который включает в себя нагрев до критической температуры и последующее быстрое охлаждение. Основная цель закалки — изменение внутренней микроструктуры стали для повышения её твёрдости и прочности.
Фазы и фазы превращения
При нагреве до высокой температуры сталь переходит в фазу аустенита — это объёмноцентрированная кубическая структура. В этой фазе углерод остаётся в твёрдом растворе, равномерно распределяясь по кристаллической решётке.
Когда сталь быстро охлаждается, происходит переход из аустенита в мартенсит — тетрагональную кристаллическую структуру. Во время этого процесса углерод не успевает выйти из решётки и остаётся в рентгеновском напряжении, что приводит к значительному увеличению твёрдости материала.
Причины необратимости процесса
Термодинамическая стабильность: Мартенситная структура является метастабильной и удерживает углерод в промежуточном состоянии, препятствуя его обратному превращению в перлит или другие мягкие структуры при охлаждении.
Кинетическое торможение: Из-за быстроты охлаждения атомы не успевают перестроиться в более стабильные структуры, как это происходит в случае медленного охлаждения, например, при отжиге.
Дефекты решётки: В мартенсите остаются дислокации и другие дефекты, которые затрудняют возврат к первоначальной структуре.
Эти факторы объясняют, почему практически невозможно вернуть сталь в её исходное состояние после закалки без повторного нагрева и контрольного охлаждения (отпуска). Закалка таким образом обеспечивает долговременное изменение механических свойств материала.
Методы закалки и её параметры требуют тщательного подбора в зависимости от состава и назначения стали.
Категория: Материаловедение
Теги: металлургия, термическая обработка, физическая химия, кристаллография