- •2. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •Строение реальных кристаллов
- •Аллотропические модификации металлов
- •3.2. Механизм процесса кристаллизации
- •3.3. Аморфное состояние металлов
- •3.4. Реальная форма кристаллических образований
- •3.5. Получение монокристаллов
- •3.6. Жидкие кристаллы
- •3.7. Строение стального слитка
- •3.8. Методы исследования структуры
- •4.2.2. Твердость – способность материалов сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела, которое называется индентором.
- •4.3. Конструкционная прочность металлов и сплавов
- •4.4. Пути повышения прочности металлов
- •4.5. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизация)
- •5.2. Химические соединения
- •5.3. Электронные соединения (фазы Юм – Розари)
- •5.4. Механические смеси
- •6. Диаграмма состояния
- •6.1. Построение диаграмм состояния (равновесия)
- •6.2. Правило отрезков или правило рычага
- •6.3. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов ( I рода)
- •Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)
- •6.7. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения
- •6.8. Связь диаграммы состояния сплава с его свойствами
- •7 Анализ диаграммы «железо - углерод»
- •7.1. Характеристика линий и точек диаграммы Fe – Fe3c
- •Механические свойства некоторых марок серых чугунов (гост 1412-85)
- •8.2. Превращения в стали при нагреве - образование аустенита (I превращение)
- •8.4. Перлитное превращение
- •8.5. Бейнитное превращение
- •9.2. Классификация видов термической обработки
- •9.3. Способы закалки
- •9.4. Закаливаемость и прокаливаемость
- •10. Внутренние напряжения
- •11. Отпуск
- •12. Химико-термическая обработка (хто)
- •12.1. Цементация стали
- •13. Термомеханическая обработка
- •14.2. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита
- •14.5. Принципы комплексного легирования
- •14.6. Технологические особенности термической обработки легированной стали
- •15. Конструкционные материалы
- •15.1. Классификация конструкционных сталей
- •16. Инструментальные стали и сплавы
- •16.1. Режущие стали
- •16.2. Быстрорежущие стали
- •16.3. Твердые peжyщие сплавы
- •16.4. Штамповые стали
- •16.5. Стали для измерительных инструментов
- •17.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
- •17.3. Криогенные стали и сплавы
- •17.4. Магнитные стали и сплавы
- •17.5. Сплавы с особенностями электросопротивления
- •17.6. Сплавы с высоким электросопротивлением
- •17.7. Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения
- •Технические железоникелевые сплавы относятся к сталям аустенитного класса.
- •17.8. Сплавы с заданными упругими свойствами
- •18.2. Алюминиевые сплавы
- •18.5. Антифрикционные сплавы
- •Список использованных источников
- •Содержание
8.2. Превращения в стали при нагреве - образование аустенита (I превращение)
Превращение П → А - процесс кристаллизационного типа и подчиняется закономерностям кристаллизации, т. е. зарождаются центры новой фазы (А) и они растут (рис. 8.2). Перекристаллизация перлита в аустенит сопровождается размельчением зерен. Размер зерен вновь образовавшегося аустенита, который называется начальным, не зависит от размера исходного зерна, а зависит от степени дисперсности фаз в перлите. Чем выше дисперсность, тем мельче получается аустенитное зерно.
Превращение П→А носит диффузионный характер и сопровождается значительным перемещением атомов углерода.
Рис. 8.2. Превращение перлита в аустенит: а - зарождение новой фазы аустенита в зерне перлита; б, в - рост фазы аустенита и степень растворения цементита (Fe3С) в аустените Feγ(С); г - получение гомогенного начального зерна аустенита
Превращение состоит из двух параллельно идущих процессов:
- полиморфного Feα→ Feγ превращения;
- растворения цементита (Fe3С) в аустените Feγ(С).
Превращение П→А может идти изотермически при температуре 727 °С (см. рис. 7.1, т. Ас1 и при непрерывном нагреве (рис. 8.3)
Рис. 8.3. Диаграмма изотермического превращения перлита в аустенит для стали с 0,8 % С
Процесс перехода П →А при непрерывном нагреве со скоростью V1 и V2 (рис. 8.3) изучают путем построения диаграммы изотермического образования аустенита. Образцы нагревают до температур выше А1 последовательно и выдерживают сплав при этих температурах, фиксируя начало и конец превращения;
Н - начало превращения П→А;
К - конец превращения П→А;
Р - конец растворения углерода в аустените;
Г - конец гомогенизации аустенита.
Из диаграммы (рис. 8.3) видно: время превращения П→А зависит существенно от степени перегрева (нагрева выше А1).
С увеличением перегрева уменьшается размер критического зародыша аустенита, увеличивается скорость возникновения зародышей и скорость их роста, происходит измельчение зерна стали, что используется в практике термической обработки (отжиг, закалка). При обработке токами высокой частоты (ТВЧ) можно получить очень мелкие зерна аустенита.
Влияние нагрева на продолжительность (τпрев) превращения показывают лучи скоростей V1 и V2. При меньшей скорости нагрева (V1 < V2< V3) (рис. 8.3) превращение происходит при более низких температурах, за больший промежуток времени.
В доэвтектоидных сталях при нагреве от А1 до А3 происходит превращение избыточного феррита в аустенит (рис. 8.4).
В заэвтектоидных сталях при нагреве от А1 до Аст происходит растворение цементита вторичного (Fe3С) в аустените (рис. 8.4). При этом выравнивается концентрация углерода и укрупняется зерно аустенита. С повышением температуры нагрева, в результате собирательной рекристаллизации, аустенитное зерно растет (рис. 8.4). Крупные зерна растут, поглощая мелкие. Скорость роста зерен при перегреве зависит от способа выплавки стали, полноты раскисления и наличия легирующих элементов. Природным зерном называется зерно аустенита, образующееся после трехчасовой выдержки при 930°С.
Рис. 8.4. Часть диаграммы Рис. 8.5. Схема изменения размера
«железо-углерод» зерна перлита в зависимости
от нагрева в аустенитной области
По склонности к росту аустенитного зерна стали делят на две группы: наследственно-крупнозернистые и наследственно - мелкозернистые.
При последующем охлаждении стали зерна аустенита не измельчаются. Размер зерна при комнатной температуре называется действительным зерном и зависит от температуры нагрева, продолжительности выдержки, склонности стали к росту зерна при нагреве. Это необходимо учитывать при назначении режимов термической обработки. Температура нагрева под закалку для доэвтектоидной стали не должна превышать: А3 + (30…50°С) (рис. 8.4). Для заэвтектоидной стали не должна превышать А1 + (30...50°С). Нагрев заэвтектоидной стали до температуры, значительно превышающий А3 и Асm, приводит к образованию крупного действительного зерна. Такой нагрев называют перегревом.
Нагрев до еще более высоких температур в окислительной атмосфере сопровождающийся образованием по границам зерен окислов железа с частичным оплавлением, называется пережогом.
Перегрев и пережог являются браком при термической обработке. Причем перегрев можно исправить охлаждением и последующим повторным нагревом до необходимой температуры, а пережог является неисправимым браком. Свойства стали зависят от размеров действительного зерна.
Мелкозернистые стали имеют значительно более высокую вязкость, несколько более высокую прочность и твердость в сравнении с крупнозернистыми.
Крупнозернистые стали имеют также ряд преимуществ. Эти стали имеют лучшую прокаливаемость; жаропрочные аустенитные стали с крупным зерном лучше сопротивляются ползучести. Магнитомягкие стали имеют меньшую коэрцитивную силу и тем самым меньшие потери.
8.3. Превращения в стали при охлаждении (II превращение)
При медленном охлаждении происходит эвтектоидное превращение аустенита
Feγ(С)→ Feα + Fe3С; А→Ф+ЦII
0,8 %С0,2 %С+6,67 %С
Рассмотрим закономерность превращения переохлажденного аустенита эвтектоидного состава (0,8 % С) на n-ом количестве образцов. Для этого:
1) образцы нагревают до однородного аустенита выше Ас1+ (30…50 °С)≈770 °С, дают выдержку;
2) образцы переносятся в термостаты с заданной температурой ниже линии А1 (727 °С), интервал между изотермами 25-50°С;
3) в процессе изотермической выдержки наблюдают за происходящими в аустените превращениями (измеряют твердость, плотность, магнитную восприимчивость);
4) строят серию кинетических кривых в координатах «время - количество расплавившегося аустенита».
Отрезки ОН1, ОН2 (рис.8.6) и т.д. называются инкубационным или подготовительным периодом.
lg
τ ,C
Рис. 8.6. Кинетические кривые изотермического превращения аустенита (а) и построенная по ним диаграмма (б)
Превращение протекает с различной скоростью и достигает максимума при 50 % распавшегося аустенита.
С увеличением переохлаждения устойчивость аустенита уменьшается (ОН1 > ОН2), минимум устойчивости приходится на переохлаждение в 150-200 °С ниже А1 (500 - 550 °С).
При дальнейшем увеличении переохлаждения устойчивость растет (ОН3).
Строят диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита в координатах t° - lgτ. Такая диаграммы в координатах называется диаграммой изотермического превращения аустенита или С- образной диаграммой:
- левая кривая - начало превращения переохлажденного аустенита в зависимости от степени переохлаждения;
- правая кривая - конец превращения аустенита. Она показывает время, необходимое при данном переохлаждении для полного превращения аустенита в феррито-цементитную смесь;
- точка Н2 соответствует переохлаждению 150-200 °С ниже А1 и показывает интервал минимальной устойчивости аустенита.