Існують такі типи подвійних діаграм стану

Існують такі типи подвійних діаграм стану.

Рис. 4. І  гомогенний розплав; ІІ – А-кристали і розплав; ІІІ  В-кристали і розплав; IV  А-кристали і евтектика; V – В-кристали і евтектика; 1  доевтектичні сплави; 2  заевтектичні сплави; Е  евтектика

Рис. 5. І  гомогенний розплав (С = 2; К = 2; Ф = l); ІІ  розплав і твердий розчин (С = 1; K = 2; Ф = 2); ІІІ  тверда фаза (С = 2)  твердий розчин заміщення

3. Подвійні діаграми стану системи для випадку необмеженої розчинності компонентів у рідкому стані та обмеженої їх розчинності у твердому стані. Поділяються на діаграми з евтектикою (рис. 6.1) і перитектикою (рис. 6.2).

Рис. 6.1. Подвійна діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і евтектичним перетворенням: І  розплав; ІІ –розплав + -твердий розчин; ІІІ – розплав + -твердий розчин ; ІV   твердий розчин; V  -твердий розчин; VI  - і -тверді розчини

Рис. 6.2. Подвійна діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і перитектичним перетворенням; позначення такі ж, як на рис. 6.1

4. Подвійна діаграма стану системи для випадку утворення інтерметалічних фаз. У загальному вигляді інтерметалічна фаза позначається як A_mB_n .

Утворення інтерметалічних фаз можливе:

а) при кристалізації з розплаву; ре­шітки компонентів А і В визначають ­можливість лише обмеженої розчинності; конгруентно плавкі сплави з тем­пературним мінімумом на лінії лікві­дуса;

б) в результаті перитектичного перетворення як наслідок реакції між дво­ма розплавами; неконгруентно плавкі сплави (так званий закритий макси­мум).

Інтерметалічна фаза поводить себе при твердінні, як чиста речовина (рис. 7).

Рис. 7. І  розплав; ІІ  розплав + -твердий розчин; III  розсплав + -твердий розчин; IV  розплав + A_mB_n; V  -твердий розчин; VI  -твердий розчин; VII  -твердий розчин + A_mB_n; VIII  -твердий розчин + A_mB_n; IX  A_mB_n

У сплавах, що утворюють хімічну сполуку (рис. 8в), залежність властивостей від складу виражається ламаною лінією з характерним зламом у точці, яка відповідає складу хімі­чної сполуки.

Зв'язок між властивостями сплавів і типом діаграми стану, показаний на рис. 9, був вперше встановлений М. С. Курнаковим.

Рис. 9. Властивості сплавів і типи діаграм їх стану (за М. С. Курнаковим)

У сплавах, які твердіють за діаграмою стану І типу, в твердому стані міститься механічна суміш вихідних компонентів. Зміна властивостей цих сплавів відбувається за лінійним законом.

Властивості сплавів, які тверднуть за діаграмою стану II типу (які утворюють тверді розчини), змінюються по кривій лінії. Це зумовлено тим, що внаслідок викривлення кристалічної решітки розчинника твердий розчин має більш високу міцність і твердість, ніж вихідні компоненти. Таким чином, тверді розчини мають підвищене значення твердості і границі міцності. При цьому високі показники міцності звичайно поєднуються з високою пластичністю. Тому сплави, які утворюють однорідні тверді розчини, звичайно легко обробляються тиском (прокатування, кування, штампування). У той самий час вони мають низькі ливарні властивості (схильні до утворення тріщин при кристалізації). Утворення твердих розчинів завжди призводить до збільшення електричного опору.

При утворенні твердих розчинів з обмеженою розчинністю (кристалізуються за діаграмою стану III типу, див. рис. 1.6) властивості однофазних твердих розчинів змінюються за кривою, а властивості суміші двох фаз — за прямою.

Ливарні властивості сплавів, які утворюють тверді розчини з обмеженою розчинністю, залежать від інтервалу температур кристалізації. Чим більший цей інтервал, тим менша текучість сплаву і тим більша його схильність до ліквації. Тому для одержання добрих ливарних властивостей концентрація компонентів сплавів повинна бути близькою до евтектичного складу.

Однофазні сплави твердих розчинів з обмеженою розчинністю мають високу пластичність і добре прокатуються, куються, пресуються. Проте при появі у структурі евтектики пластичність різко знижується.

Характерною особливістю властивостей сплавів, які кристалізуються за діаграмою сплаву IV типу (рис. 1.7), є велика твердість, підвищена крихкість, високий електричний опір, низька схильність до пластичної деформації. Властивості залежать від складу по прямій лінії (в ряді випадків по кривій). Дві прямі перетинаються у точці, яка відповідає чистій хімічні сполуці і називається сингулярною точкою. Концентрація, яка відповідає хімічній сполуці, має максимум або мінімум властивостей (наприклад, максимальну твердість і мінімальну пластичність).

Твердість багатьох хімічних сполук значно перевищує твердість більш твердого компонента. Наприклад, Sn і Mg, Cu і Sn утворюють дуже тверді хімічні сполуки Mg₂Sn, Cu₃Sn тощо. Особливо різко підвищується твердість при утворенні хімічних сполук деяких металів з металоїдами — С і N. Карбіди Сг, W, V, Ті та інших металів мають дуже високу твердість. Через це дані хімічні сполуки широко застосовуються для виготовлення різального інструменту.

Діаграми стану сплавів з поліморфним перетворенням зображені на рис. 10.

Рис. 10. Діаграми стану І роду а і II роду б сплавів з алотропічним перетворенням

Мікроаналіз структури металів і їх сплавів дозволяє виявити величину, форму і розташування зерен; структурні складові сплавів, на грунті чого можна орієнтовно визначити хімічний склад відпаленої вуглецевої сталі; забрудненість металу неметалевими вкрапленнями (сульфідами, оксида­ми, шлаком та ін.); мікродефекти (раковини, мікротріщини); вид термічної і хіміко-термічної обробки, якщо вони мали мі­сце та ін.

Мікроаналіз звичайно проводять на спеціально підготовлених зразках, що називаються мікрошліфами.

Oпepaціями пpигoтування мікpoшліфa є: відбір зpaзків, отримання плoскої пoвepxні, шліфування, пoліpувaння, тpaвлeння.

Зaлежно від мети дослідження і фopми дeтaлі вибиpaють міcце виpізування зразкa. Pозміpи і фopми зразка репрезентовані нa pиc. 1.

Зразки oтримують мexaнічним (pyбання, pізання, фpeзування) чи aнoднo-мexaнічним cпocoбoм. Bплив нaклeпу і нaгpіву пpи цьому мoжна звecти до мінімyму, застосовуючи мaлі пoдaчі та oxолоджeння. Для pізання твepдиx мaтepіaлів використовують aбpaзивні відрізні круги. Пpи виpізанні пpoб вoгнeвим pізанням залишають пpипycк 1520 мм для подaльшої мexaнічної oбpобки.

Pиc. 1. Hopмaльні pозміpи мeтaлoгpaфічниx зразків (a і б) і пpиcтосування для мoнтування зразків мaлoгo pозміpу (в і г).

Шліфування cлyгує для видалення нaклeпaнoгo шару, гpyбиx подряпин нa пoвepxні шліфa і є підгoтoвчою oпepaцією пepeд пoліpуванням. Для oтримання задовільної пoвepxні нeoбxіднo пpи кожнoму пepexoді нa нoвий aбpaзив змінювати нaпpямок руху зразка нa 90 гpaдycів і шліфування вecти дo пoвнoгo зникнення pиcoк від попередньюї oпepaції.

Moжна шліфувaти тaкож cпeціaльними пacтaми, нaнeceними нa нeвеликі аркуші креслярського паперу.

Пoліpування. Піcля закінчення шліфувaння нa нaждaчному папері найдрібнішої зepниcтocті зразок пoліpyють. Пoліpувaти мoжна мexaнічним, xімікo-мexaнічним та елeктpoлітичним cпocoбaми.

Mexaнічнe пoліpування пpoвoдитьcя нa швидкообертових диcкax пoліpувального верстата. Диcки oбтягнyтi cyкнoм чи фeтpoм і за час пoліpування змочуються тoнким cтpyменем вoднoго розчину oксиду aлюмінію чи oксиду xpoму.

Пpи xімікo-мexaнічному пoліpувaнні як пoліpувaльний мaтepіaл застосовують пacти, до cкладу яких разом з aбpaзивaми вxoдять пoвepxнево-aктивні речовини, щo xімічно впливають нa пoвepxню oбpоблюваного мaтepіaлу.

Пpи елeктpичнoму пoліpуванні зразок використовується як aнoд. Kaтoдoм cлyгує плacтинкa з нepжaвіючої cтaлі. Шліфoвaнy пoвepxню зразка pозташовують навпpoти кaтoдa. Cклад елeктpoліту і густину струму вибиpaють зaлежно від мaтepіалу шліфa. Пpи вмиканні струму відбувається pозчинення виcтyпів нa шліфувaльній пoвepxні (aнoднe pозчинення), у peзyльтaті чогo пoвepxня зразка пocтупово cтaє pівнoю (дзepкaльнoю). Baжливою пеpeвагою цьогo cпocoбу пoліpування є відсутність нaклeпу пoвepxневих шарів, щo має міcце пpи мexaнічнoму пoліpувaнні.

Піcля oтримання дзepкaльнoї пoвepxні зразок пpoмивають вoдoю і етилoвим cпиpтoм, потім пpocyшують пpиклaданням фільтpувального паперу або cтpyменем гаpячогo повітря.

Пpи pозгляданні пoліpoвaногo зpaзкa під мікpocкoпoм бyдe виднo cвітлe пoлe, нa котpoму мoжна виявити pізного poду нeмeтaлеві вкраплення чи дeфeкти: мікpoпopиcтіcть, мікpoтpeщини.

Для виявлeння мікpocтpyктypи пoліpoвaнy пoвepxню зpaзкa піддають тpaвлeнню, тобто дії pозчинів киcлoт, лугів, coлeй. У peзyльтaті різної інтeнcивнocтi pозчинення cтворюється peльєф пoвepxні шліфa. Пpи ocвітленні пoвepxні шліфa пaдaючим cвітлом в мікpocкoпі відбувається чacткове pозсіювання cвітлa і утворення тіньовиx кapтин, за якими і мoжна cyдити прo cтpyктypу cплaву.

Наприклад, для сталі й чавуну використовують 4%-ний розчин азотної кислоти в спирті. Травлення грунтується на тому, що полірована поверхня шліфа, опущеного в реактив, являє собою багатоелектродний гальванічний елемент. Різні структурні складові металу в електроліті є анодними і катодними ділянками; наприклад, в евтектоїдній сталі кристали цементиту будуть катодами, оскільки вони мають більш позитивний елек­тродний потенціал, а кристали фериту  анодами.

При травленні анодні ділянки розчиняються, на поверхні зразків виникають западини, катодні ділянки залишаються нез­мінними. Утворені на анодних ділянках западини відбивають форму призми структурних складових сплаву.

Щоб добре розумітися на мікроструктурах залізовуглецевих сплавів, потрібно ретельно вивчити діаграму “залізо-цементит”.

Діаграма стану Fe–F₃С (залізо - цементит) репрезентована на рис. 2. На вісі абсцис на діаграмі наведений вміст вуглецю і цементиту. Кількість цемен­титу в сплаві дорівнює 15-кратному вмісту вуглецю.

На діаграмі є вісім однофазних ділянок: на лі­вій вісі ординат відрізок AN відповідає ()-залізу, відрізок NG  -залізу, відрізок нижче точки G  -залізу.

Рис. 2. Діаграма стану “залізо-цементит”

Розчинність вуглецю в -залізі вельми незначна, при температурі 600°С становить близько 0,01%.

У -залізі розчинність вуглецю доходить до 2,14%.

Права ордината DFKL діаграми Fe–Fе₃С (рис. 2) відповідає цементиту. Область вище лінії ліквідус ABCD відповідає рідкому стану (Р).

Складний вид діаграмми Fe–Fе₃С пояснюється тим, що за­лізо володіє поліморфними перетвореннями у твердому вигляді. Поліморфізм заліза обумовлює і поліморфні перетворення в залізовуглецевих сплавах.

У залізовуглецевих спла­вах можливі три перетворення, за яких число ступенів свобо­ди дорівнює нулю, тобто має місце співіснування трьох фаз.

При 1499°С (лінія HJB, Р +   А) має місце перитектичне перетворення (рис. 2).

При 1147°С (лінія ЕСF, Р_4,3  Е (А + Ц)  ледебурит (Л)) має місце евтектичне перетворення.

У результаті евтек­тичного перетворення утворюється евтектична суміш аустеніту і цементиту, яка на­зивається ледебуритом.

При 727°С (лінія РSK, А_0,8  Е (Ф + Ц)  перліт) має місце евтектоїдне перетворення.

Як результат цього перетворення утворюється евтектоїдна суміш фериту і цементиту, що називається перлітом.

Зіставляючи структури типових залізовуглецевих спла­вів (рис. 3 і 4), їх можна розділити на дві групи: сплави з вмістом вуглецю до 2,14% не мають у структурі евтек­тики  ледебуриту; у сплавах з вмістом вуглецю вище 2,14% є ледебуритна структурна складова.

Рис. 3. Мікроструктури сталей: а  С = 0,05 %, структура Ф + Ц_ІІ; б  С = 0,15 %, доевтектоїдна сталь, струк­тура Ф + П; в  С = 0,35 % доевтектоїдна сталь, структура Ф + П; г  С = 0,8 %, евтектоїдна сталь, структура  пластинчастий перліт П; д  С = 0,8 %, евтектоїдна сталь, структура  зернистий перліт П; е  С = 1,2%, заевтектоїдна сталь, структура П + П_ІІ; (500)

Відповідно до діаграми Fe–Fе₃С залізовуглецеві сплави з вмістом вуглецю менше 2,14% називаються сталями, сплави з вмістом вуглецю більше 2,14 %  чавунами. Чавуни, що кристалізуються відповідно до діаг­рами Fe–Fе₃С, відрізняються високою крихкістю. Колір їх злому сріблясто-білий. Такі чавуни називаються білими (на відміну від сірих, ковких і високоміцних чавунів, у структурі яких вуглець в основному знаходиться у вигляді графіто­вої фази).

За кількістю вуглецю і за структурою сталі поділяються на: доевтектоїдні (0,02% < С < 0,8%), структура пер­літ + ферит (П + Ф); евтектоїдні (С = 0,8%), структура перліт (П); заевтектоїдні (0,8 % < С < 2,14%), структура перліт + вторинний цементит (П+Ц_ІІ). Типові структури сталей наведені на рис. 3 а...е.

За кількістю вуглецю і за структурою білі чавуни по­діляються на доевтектичні (2,14% < С < 4,3%), структура ледебурит + перліт + + вторинний цементит (П + Л + Ц_ІІ); евтек­тичні (С = 4,3%), структура ледебурит (Л); заевтектичні (4,3% < С < 6,67%), структура ледебурит + + цементит (Л + Ц_І). Типові структури білих чавунів наведені на рис. 4 а, б, в.

Рис. 4. Мікроструктури білих чавунів: а - С = 3,2% - доевтектичний білий чавун; структура Л + П + Ц; б — струк­тура - ледебурит Л; в - С = 5% - заевтектичний білий чавун, структура Л + Ц_І; (250)

Термічна обробка сталі грунтується на здатності заліза з­мінювати будову кристалічної решітки при з­міні температури, а також на різній розчинності вуглецю в кристалічних решітках різної будови.

Існують такі види термічної обробки: гартування, відпуск, відпал, нормалізація і хіміко-термічна обробка (цементація, азотування, ціанування).

Найбільші структурні перетворення сталі відбуваються при гартуванні. Від усіх інших видів термічної обробки гартування відрізняється високою швидкістю охолодження. Залежно від швидкості охолодження загартована сталь має різну структуру: сорбітну, троститну або мартенситну.

Термічна обробка — це штучна теплова дія, що скла­дається з нагрівання та охолодження сталі з метою зміни структури і властивостей металу. Процес термообробки включає нагрівання або охолодження металу до необхід­них температур, витримування за цієї температури та охо­лодження або нагрівання до кімнатної температури. За­вдяки цьому досягають підвищення міцності, твердості, стійкості до спрацювання та оброблюваності сталі.

У залізовуглецевих сплавах під час нагрівання та охо­лодження відбуваються фазові і структурні перетворення. В процесі нагрівання сталі до температури на 30...50 °С вище критичних точок Ас₁ чи Ас₃ відбувається перекри­сталізація — перехід перліту в аустеніт. Витримка сталі за цих температур унаслідок дифузії сприяє одержанню однорідного складу — аустеніту, охолодження сталі сприяє перетворенню аустеніту в метастабільні структури. Причому повільне охолодження надає сталі м'якості, пластичності, а швидке охолодження сприяє утворенню твердих і міцних структур.

Широко застосовують зміцнювальну і знеміцнювальну термічні обробки деталей. Зміцнювальна термічна оброб­ка призначена для формування властивостей деталей з підвищенням міцності в 2...3 рази, що дає змогу знизити витрати металу. Знеміцнювальна термічна обробка дає змогу поліпшити властивості металів і полегшити наступні види обробки деталей, що веде до ефективнішої меха­нічної обробки.

Класифікація видів термічної обробки враховує фазові та структурні перетворення, що відбуваються в металі в процесі нагрівання та охолодження, і ділить їх на власне термічну, хіміко-термічну та термомеханічну обробку. Кожен із вказаних видів має кілька різновидів. Перший вид — це обробка, в результаті якої змінюються структура та фізико-механічні властивості. До неї належать відпал І і II роду, нормалізація, гартування, відпускання та старіння. Другий вид — це обробка, в результаті якої відбувається насичення поверхні деталі речовинами, що підвищують твердість, стійкість до спрацювання, корозії тощо. Це — цементація, азотування, ціанування, дифузійна металізація. Третій вид поєднує пластичну деформацію з термічною обробкою.

Широке застосування під час виготовлення деталей мають знеміцнювальні види термічної обробки. До них належить відпал — це нагрівання до критичної темпера­тури, витримка та повільне охолодження. Під час повіль­ного охолодження деталі стають більш м'якими, пластич­ними, але міцність у них невелика.

Відпалювання виконують для усунення внутрішніх на­пружень, які виникають у процесі обробки прокатуван­ням, куванням, литтям; внутрішньої структурної неодно­рідності; ліквації в деталях-виливках; зниження твердості та підвищення в'язкості; покращання оброблюваності; зміни будь-яких властивостей, наприклад, магнітних у трансформаторних сталей. Відпал, який засновано на процесах повернення рекристалізації та гомогенізації, називають відпалом І роду. Він має такі різновиди: дифу­зійний (гомогенізуючий), низькотемпературний рекриста­лізаційний і зменшуючий напруження. Відпал, коли метали та сплави набувають фазових перетворень, тобто звичайної перекристалізації, називають відпалом II роду. Відпал II роду може мати такі різновиди: повний, не­повний відпал на зернистий цементит, ізотермічний тощо.

Дифузійний відпал — це нагрівання сталі вище критич­ної точки Ас₃ (1050...1150 °С), тривала витримка (10... 15 год) і охолодження в печі до температури 200...250 °С, а потім на повітрі. Його використовують для усунення хімічної неоднорідності (ліквації легованої сталі) та тієї, що виникає в процесі кристалізації дендритної ліквації. Рекристалізаційний відпал — вид термічної обробки, що відновлює первинні властивості деформованого металу під час холодної обробки тиском. Таким способом усува­ють зміцнення (наклеп). Його використовують для зни­ження твердості та підвищення пластичності холоднооб-робленої чи штампованої сталі.

Найбільш загальним є відпал, який зменшує напру­ження, тому його застосовують для обробки деталей, що одержали внутрішні напруження. Його використовують для зменшення або зняття залишкових напружень, що виникають під час обробки тиском, литтям, зварюванням, термічною обробкою, шліфуванням, різанням.

Особливістю відпалу II роду є використання фазових перетворень у твердому стані. Доцільність застосування визначається впливом зміни структури металу на його властивості. Повний відпал застосовують для створення дрібнозернистої структури, зменшення твердості та підвищення пластичності і в'язкості, покращання оброб­люваності різанням, усунення смугастої структури, знят­тям внутрішніх напружень. Для повного відпалу нагріва­ють доевтектоїдну сталь до температури на 20...50 °С вище від критичної точки Ас₃, витримують за цієї температури та послідовно поступово охолоджують до температури, нижчої за інтервал критичних точок. Інколи відпал вико­нують у контрольному захисному середовищі для обме­ження вигоряння вуглецю та окислення сталі. Такий відпал називають світлим.

Неповний відпал застосовують для покращання оброб­люваності деталі різанням чи холодною обробкою. Засто­совують його замість повного відпалу для пом'якшення заевтектоїдної інструментальної сталі, зняття залишкових напружень, створення дрібнозернистої структури перед обробкою різанням. Неповний відпал полягає в нагріван­ні сталі до температури, вищої на 20...50 °С за критичну точку Ас, витримуванні за цієї температури та повільному охолодженні разом з піччю.

Відпал на зернистий цементит застосовують для зни­ження твердості та покращання оброблюваності інстру­ментальних і підшипникових сталей. Він полягає в на­гріванні сталі до температури, дещо вищої за критичну точку Ас₁, тривалому витримуванні, повільному охоло­дженні до 650 °С з наступним охолодженням на повітрі.

Ізотермічний відпал застосовують для покращання об­роблюваності різанням легованої сталі, скорочення три­валості відпалювання та усунення внутрішніх напружень. Технологія такого відпалу складається з нагрівання сталі до температури, дещо вищої за критичну точку Ас₃ чи Ас₁, витримуванні та швидкому охолодженні до температури, дещо нижчої за критичну точку Ас₁, ізотермічного витри­мування, достатнього для перетворення аустеніту на пер­літ, і охолодження на повітрі.

Більш доцільним видом обробки є нормалізація, яку застосовують з тією метою, що й відпал. Обробка норма­лізацією відрізняється від відпалювання тим, що охолод­ження після нагрівання виконують на повітрі, внаслідок чого збільшується коефіцієнт використання печей і під­вищується економічність такого прискореного відпалу.

Для підвищення твердості, міцності та стійкості до спрацювання деталей використовують зміцнюючий спосіб термічної обробки — гартування. Гартування характери­зується нагріванням доевтектоїдних сталей до темпера­тури, вищої за критичну точку Ас₃, або евтектоїдних і заевтектоїдних сталей вище Ас₁ на5 20...30 °С, витриму­ванням і охолодженням зі швидкістю, більшою за кри­тичну. Під час термічної обробки сталі застосовують гартування в одному охолоджувачі, переривчасте в двох, ступінчасте, ізотермічне, з самовідпусканням тощо.

Охолодження стальних деталей є найвідповідальнішою операцією гартування. Швидкість охолодження повинна забезпечити утворення потрібної структури відповідно до технічних умов. Під час гартування зовнішня поверхня деталі охолоджується швидше за серцевину, тому в дета­лях з більшою товщиною серцевина може залишитися незагартованою. Завдяки цьому для характеристики гли­бини загартованого шару вводиться поняття прогарто-ваність сталі. Глибину гартування вимірюють від поверхні деталі до шару з напівмартенситною структурою (50 % мартенситу на 50 % трооститу).

Характеристика прогартованості сталі є важливим показником вибору сталі. Якісним показником прогарто­ваності сталі є критичний діаметр — діаметр зразка, коли він загартовується повністю. Наприклад, для сталі 40 критичний діаметр під час охолодження у воді становить 10 мм, в маслі — 8 мм. На прогартованість впливають швидкість охолодження та хімічний склад сталі. Леговані сталі характеризуються більш високою прогартованістю, ніж вуглецеві.

Особливий інтерес викликають швидкорізальні сталі, які загартовуються в процесі охолодження в маслі, в гарячих середовищах або у випадку невеликих перетинів інструмента, на повітрі. Для одержання якісного інстру­менту з швидкорізальних сталей після гартування їх піддають багаторазовому відпусканню.

Важливе значення для гартування має вибір темпера­тури нагрівання та способу охолодження. Вид гартування залежить від сталі, форми та розмірів деталі. Для гарту­вання простих за формою деталей із вуглецевих сталей застосовують гартування у воді або маслі. Гартування здійснюють занурюванням нагрітої деталі з середньо-вуглецевої сталі у воду, а із високовуглецевої та спеціальної сталей — у масло до повного охолодження.

У випадку переривчастого гартування деталь занурю­ють у воду, що забезпечує більш високу швидкість охоло­дження, а потім переносять у менш інтенсивний охоло­джувач — масло або повітря. Гартування цим способом за­стосовують під час виготовлення інструментів з високо-вуглецевих і спеціальних сталей. Незручність полягає в складності визначення часу витримування в першому охо­лоджувачі. Струменеве гартування застосовують для виго­товлення деталей з високою твердістю та найбільшою гли­биною гартування, а також для гартування ділянок деталі.

Для гартування тонких деталей з вуглецевих сталей застосовують ступінчасте гартування — цей спосіб забез­печує найменші внутрішні напруження. Гартування вико­нують у двох охолоджувачах: спочатку деталь швидко охолоджують у соляній ванні з температурою, вищою за точку мартенситного перетворення (240...250 °С), потім витримують до вирівнювання температур по всьому пере­тину деталі з наступним охолодженням її на повітрі або в маслі до кімнатної температури.

Ізотермічне гартування виконують так, як ступінчасте, але деталі охолоджують у рідкій солі з температурою, вищою за початок мартенситного перетворення, що ста­новить 300...400 °С, і витримують до повного розпаду аустеніту. Внаслідок гартування з аустеніту утворюється нестійка метастабільна структура — мартенсит. Тому під гартуванням розуміють процес термічної обробки сталі, який полягає в мартенситному перетворенні високотем­пературної фази. Таку обробку називають гартуванням на мартенсит. Перетворення аустеніту на мартенсит відбу­вається миттєво, бездифузійним шляхом. Миттєве пере­творення всередині кристала аустеніту викликає зміну кристалічної решітки, що супроводжується збільшенням об'єму сталі. Гартування викликає збільшення внутрішніх напружень, які можуть перейти границю міцності сталі. Внаслідок цього інколи відразу після гартування або через деякий час утворюються тріщини. Позитивними заходами для пом'якшення впливу гартування та усунення вну­трішніх напружень є відпускання сталі. Після такого виду термічної обробки мартенсит загартованої сталі перехо­дить у структуру мартенситу відпускання, трооститу від­пускання або сорбіту відпускання.

Гартування з самовідпусканням застосовують під час термічної обробки інструментів. Деталі охолоджують до температури, достатньої для здійснення відпускання. Відпусканням усувають надмірну крихкість загартованої сталі та одержують структуру, найстійкішу за звичайної температури, з найкращими механічними властивостями. Відпускання полягає у тому, що загартовані деталі нагрі­вають до температури, нижчої за межу структурних пере­творень (727 °С), витримують і потім охолоджують з до­вільною швидкістю.

Загартування з самовідпусканням застосовують для обробки слюсарного інструменту, який сприймає удари в процесі різання металу — зубил, молотків, ковальського інструменту, умови роботи якого вимагають, щоб серце­вина була м'якшою за зовнішні шари, а твердість знижу­валась поступово від зовнішньої поверхні до середини. Гартування з самовідпусканням виконують в такій послі­довності: нагрівання деталі до температури гартування, охолодження у воді до стану, коли в деталі ще буде тепло, потрібне для відпускання, виймання деталі з охолоджую­чого середовища, зачищення поверхні деталі, витримуван­ня на повітрі до появи на зачищеній поверхні необхідного кольору мінливості, занурювання деталі в воду до повного охолодження.

Залежно від температури та структури металу, що утво­рилася, розрізняють низьке, середнє та високе відпускання. Низьке відпускання здійснюється нагріванням до 150...250 °С і охолодженням з будь-якою швидкістю. Цей вид відпускання застосову­ють для виготовлення різноманітного різального та вимі­рювального інструменту. Середнє відпускання здійсню­ється нагріванням до 300...450 °С, коли мартенсит пере­творюється в троостит. Середнє відпускання застосовують для виготовлення пружин, ресор тощо. Високе відпускан­ня здійснюється нагріванням до 500...650 °С, коли мар­тенсит перетворюється на сорбіт. При цьому одержують однорідну структуру. Деякі сталі охолоджують у воді або в маслі. Високе відпускання застосовують для конструкцій­них сталей, щоб вони були міцними, пластичними, з ударною в'язкістю.

Старінням металів і сплавів називають процеси, які протікають довільно, тобто без взаємодії зовнішнього се­редовища, з бігом часу і ведуть до зміни властивостей. Розрізняють термічні та деформаційні види старіння. Перший вид протікає в загарто­ваному сплаві внаслідок зміни розчинності вуглецю в а-залізі, коли розчинність знижується залежно від темпе­ратури. Деформаційне старіння може проявлятися в сплавах, які раніше пластично деформувалися за температури, нижчої за рекристалізаційну. В сплавах на залізній основі та в багатьох сплавах кольорових металів унаслідок ста­ріння відбувається зміцнення загартованих алюмінієвих сплавів, зниження в'язкості низьковуглецевої сталі, зміна розмірів загартованих стальних деталей, магнітних власти­востей стальних магнітів і т. д.