- •Магнитные методы структуроскопии и дефектоскопии ферромагнитных изделий
- •Екатеринбург
- •3. 1. Магнитные характеристики ферромагнетиков
- •3. 1. 1. Поведение ферромагнетиков и ферритов во внешних магнитных полях
- •3. 2. Cтруктурная чувствительность магнитных свойств
- •3. 3. Измерение магнитных свойств
- •3. 3. 1. Коэффициент размагничивания. Магнитные свойства вещества и тела
- •3. 3. 2. Методы создания и измерения магнитного поля
- •3. 3. 3. Измерение кривой намагничивания и петли гистерезиса
- •4. Методические указания
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2
- •3. Основные положения
- •3. 2. Влияние структуры
- •3. 3. Контроль качества поверхностного упрочнения стальных изделий
- •4. Методические указания
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 эффект баркгаузена и его использование в структуроскопии
- •1. Цель работы
- •2. Программа работы
- •3. Основные сведения об эффекте баркгаузена
- •4. Методические указания
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 магнитографический метод дефектоскопии изделий
- •1. Цель работы
- •2. Содержание работы
- •3. Основные положения
- •3. 1. Дефекты сплошности металлов
- •3. 2. Магнитные поля рассеяния вблизи дефектов
- •3. 3. Магнитографическая дефектоскопия
- •4. Методические указания
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •Устройство и принцип действия дефектоскопа мгк-1
- •1. Назначение
- •2. Технические характеристики
- •3. Комплектность прибора
- •4. Устройство и принцип работы прибора
- •5. Методика контроля
- •6. Основные измеряемые характеристики выявляемого дефекта
- •1. 2. Характеристика контролируемых изделий
- •2. Технические характеристики
- •3. Устройство и принцип работы дефектоскопа
- •1. Общие сведения о конструкции дефектоскопа
- •2. Принцип действия дефектоскопа и особенности
- •3. Особенности записи полей дефектов на магнитную ленту
- •4. Меры безопасности при работе с дефектоскопом
- •5. Порядок работы с дефектоскопом
- •Учебное электронное текстовое издание
3. Основные положения
1. Структурные превращения при термообработке сталей.
В стали основными являются следующие три структуры: аустенит (A) – твердый раствор углерода в -железе; мартенсит (М) – твердый раствор углерода в -железе; перлит (П) – эвтектоидная смесь из одновременно образующихся феррита и карбида Fe + Fe3C. Переход из одной структуры в другую характеризует основные превращения в сталях.
Для понимания процессов, происходящих в сталях при закалке и отпуске, необходимо рассмотреть так называемый «стальной» участок диаграммы состояний сплава железо-углерод, представленный на рис. 2. 1.
Рис. 2. 1. «Стальной» участок диаграммы состояний сплава Fe-C
Нижняя критическая точка лежит на линии PSK и соответствует превращению аустенит-перлит. Верхняя критическая точкалежит на линии GSE и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных (содержание углерода C < 0,8 %) или цементита в заэвтектоидных (0,8 % < C < 2,14 %) сталях. Чтобы отличить критические точки при нагреве и охлаждении рядом с буквойА ставят букву с или r соответственно (например, точка превращения аустенита в перлит при охлаждении обозначается , а точка превращения перлита в аустенит при нагреве обозначается).
Основными видами термической обработки сталей являются отжиг, закалка и отпуск.
Отжиг – фазовая перекристаллизация, заключающаяся в нагреве выше с последующим медленным охлаждением. Состояние приближается к равновесному. Структура стали после отжига: перлит + феррит, перлит или перлит + цементит.
Закалка – нагрев выше с последующим быстрым охлаждением. При медленном охлаждении аустенит распадается на феррит + цементит. С увеличением скорости охлаждения превращение происходит при все более низких температурах. Если скорость охлаждения достаточно высока и переохлаждение достаточно велико, то выделения цементита и феррита не происходит и аустенит превращается в мартенсит. При аустенитно-мартенситном превращении происходит только перестройка решетки без изменения концентрации реагирующих фаз. Углерод из раствора не выделяется, а атомы железа из решетки гранецентрированного куба перестраиваются в о. ц. к. решетку. Для кристаллической решетки мартенсита характерна тетрагональность (соотношение осей не равно единице вследствие наличия в растворе углерода), что обуславливает высокие внутренние напряжения. Кристаллы мартенсита представляют собой пластины, расположенные параллельно или пересекающиеся под определенными углами, поскольку мартенсит образуется лишь по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям в аустените. Размер кристаллов мартенсита тем больше, чем более однородна и совершенна структура аустенита. Превращение аустенита в мартенсит происходит в определенном температурном интервале, ограниченном точками(начало превращения) и(конец превращения). Положение точекине зависит от скорости охлаждения и определяется химическим составом аустенита. Если точкалежит ниже нормальной температуры, то не весь аустенит превращается в мартенсит. Количество оставшегося (называемого остаточным) аустенита зависит от химического состава и условий закалки стали. Полученная в результате закалки мартенситная структура придает стали высокую твердость, хрупкость. В сравнении с отожженным состоянием существенно повышаются электросопротивление, коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость, намагниченность насыщения и остаточная индукция.
Отпуск – нагрев закаленной стали ниже с последующим медленным или быстрым охлаждением. Исходной является структура закаленной стали, состоящая из мартенсита и аустенита. При повышении температуры отпуска до 200С происходит так называемое первое превращение при отпуске. Рентгеновский анализ показывает, что в этом диапазоне температур уменьшается степень тетрагональности решетки мартенсита, то есть соотношение параметров решетки с/а стремится к единице, что связано с выделением углерода из раствора. При этом образуются тонкие (несколько атомных слоев) пластинки карбида, когерентно связанные с твердым раствором. Получившаяся структура носит название отпущенного мартенсита. Второе превращение при отпуске захватывает интервал температур (200 – 300)С. В этом интервале остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит. Повышение температуры более 300С приводит к полному выделению углерода из раствора и снятию внутренних напряжений. Карбиды обособляются и превращаются в цементит (Fe3C). Сумма этих изменений характеризует третье превращение при отпуске. При 400С третье превращение заканчивается, и сталь состоит из феррита и цементита. Дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции (т. е. укрупнению и сфероидизации) частиц феррита и цементита.