На рис. 51 зображені у вигляді схеми структурні перетворення, які відбуваються при нагріванні і повільному охолодженні сталі з вмістом вуглецю, рівним 0,8%. (сталь У8).

Слід звернути увагу на те, що утворюється при нагріванні аустеніт виходить більш дрібнозернистим, ніж вихідне перлитное зерно. Розмір виходять зерен аустеніту буде визначатися розміром пластинок перліту.

При охолодженні розмір виходять зерен перліту буде визначатися розміром зерен аустеніту. З дрібного аустенітного зерна вийде дрібне перлитное зерно, що досить добре видно з розглянутого малюнка.

Таким чином, викликаючи перекристаллизацию перліту в аустеніт, можна подрібнити структуру сталі, ніж на практиці часто користуються.

З цієї схеми видно, що при нагріванні аустенитное зерно росте. Чим вище температура, тим крупніше зерно аустеніту.

Якщо хочуть отримати дрібне зерно в сталі при кімнатній температурі (дрібнозерниста структура має більш високе значення ударної в'язкості, твердості і міцності), необхідно мати дрібне аустенитное зерно перед охолодженням.

До цього часу ми розбирали структурні перетворення при повільному охолодженні. Практично таке охолодження можна здійснити охолодженням деталі разом з піччю або в гарячій золі, піску і т. д. В результаті такого охолодження сталь виходить досить м'яким, пластичним і добре обробляється різанням, але має порівняно невисокою міцністю.

Міцність і твердість сталі можна підвищити за рахунок збільшення швидкості охолодження після нагрівання до аустенітної структури. Це викликається тим, що в сталі утворюються інші, відмінні від перліту, структури, які підвищують твердість і міцність сталі.

На рис. 52 показана схема перетворення аустеніту в сталі У8 при охолодженні з різними швидкостями. Так, при охолодженні разом з піччю, як і було зазначено на рис. 51, аустеніт перетворюється в пластинчастий перліт. Причому це перетворення проходить майже три постійній температурі (723°).

При охолодженні на повітрі аустеніт перетворюється в структуру, яка носить назву сорбіт, при охолодженні в гарячому маслі — в троостит (назви дано на честь учених Сорби і Трооста).

Освіта сорбіту починається при температурі 600° і закінчується при температурі 500°.

Троостит утворюється при ще більш низьких температурах — 500-200°.

За своєю будовою перліт, сорбіт і троостит дуже схожі.

Всі вони є механічними сумішами фериту і цементиту. Різниця лише в розмірах пластинок фериту і цементиту. У троостите вони самі тонкі, в перліті самі великі, що видно з рис. 52.

Мартенсит

При охолодженні у воді аустеніт зберігається в сталі до температури приблизно 200° і потім миттєво перетворюється на структуру, яку називаютьмартенситом. (Назву дано на честь вченого Мартенса).

У сталях з великим вмістом вуглецю аустеніт не повністю перетворюється в мартенсит. Частина її зберігається. Такий аустеніт називають залишковим аустенітом.

Структура мартенсіту відмінна і за будовою та за властивостями від сорбіту і троостита.

Мартенсит являє собою пересичений твердий розчин вуглецю в α-залізі.

Сталь, що має структуру мартенсіту, володіє високою твердістю, міцністю, електроопором, але вона крихка.

Швидкості охолодження і одержувані при цьому структури, які розглянуті на прикладі сталі У8, характеризують тільки вуглецеві сталі.

При охолодженні легованих сталей розглянуті структури можуть вийти при інших швидкостях охолодження.

Майже у всіх легованих сталях при охолодженні в олії виходить структуру мартенсіту. У деяких легованих сталях, навіть при охолодженні на повітрі, виходить мартенсит.

У зв'язку з цим при вивченні термічної обробки слід ознайомитися з терміном критична швидкість загартування, тобто найменша швидкість охолодження, при якій в структурі сталі виходить чистий мартенсит.

Таким чином, чим менше критична швидкість загартування, тим з меншою швидкістю потрібно охолоджувати сталь, щоб отримати структуру мартенсіту.

Структури сорбіту, троостита і мартенсіту, одержувані в сталі при охолодженні з великими швидкостями, не є стійкими. При повторному нагріванні вони розкладаються.

На малюнку наведена схема перетворень цих структур в сталі У8 при нагріванні.

При нагріванні до 200° залишковий аустеніт, який зберігся в сталі при охолодженні у воді перетворюється в мартенсит. Тому твердість сталі підвищується, причому мартенсит при температурі 200° буде мати дещо інше будова і властивості. На малюнку показаний більш темним.

При нагріванні понад 200° мартенсит починає розкладатися, в результаті чого виходить механічна суміш, що складається з фериту і цементиту. Такі суміші, як вже вказувалося раніше, називають трооститом, сорбітом і перлітом.

На малюнку показані ці структури із зазначенням примірних температур нагрівання, при яких вони утворюються, та їх примірної твердості.

При температурі 300° утворюється сама дрібна суміш — троостит; при температурі 500° — сорбіт, в ньому зернятка більш великі.

Процес укрупнення зерен цементиту йде і при подальшому нагріванні і призводить до структури перліту.

Для термічної обробки застосовують обладнання, яке складається з:

• нагрівальних пристроїв (печей, ванн тощо),

• гартівних пристроїв (баків, гартівних пресів, гартівних пристосувань і т. д),

• приладів для контролю і регулювання теплових режимів,

• очисних пристроїв (травильних, піскоструминних, мийних машин),

• охолоджувачів гартівних рідин, контрольних приладів для визначення результатів термічної обробки та ін.