Pereosnastka.ru

Процессы термической обработки стали и чугуна основаны на явлении вторичной кристаллизации по линиям (рис. 64) GOS (А3), SE{Acm) и РК (Л,).

Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения аустенита. Для простоты возьмем сначала эвтектоидную сталь.

При медленном охлаждении по линии РК (в точке А гпроизойдет полное распадение аустенита с образованием перлита. Распадение состоит из следующих этапов:
1) перегруппировка атомов из решетки гранецентрированного куба у-железа в решетку центрированного куба а-железа с одновременным смещением атомов углерода, находящихся в твердом растворе у-железа;
2) выделение из раствора мельчайших (молекулярных) частиц цементита (Fe3C);
3) образование более крупных пластинок цементита на ферритной основе; размеры этих пластинок измеряются тысячными долями миллиметра.

При увеличении скорости охлаждения до 50 град/сек третий этап распадения аустенита не успевает закончиться, и степень измельченное (дисперсности) пластинок цементита будет более высокой. Размеры этих пластинок измеряются десятитысячными долями миллиметра и различимы только при очень больших увеличениях. Такая структура называется сорбитом.

При увеличении скорости охлаждения до 100 град/сек полностью успевает завершиться лишь второй этап распадения аустенита, а третий этап останавливается в самом начале. В результате размеры пластинок цементита измеряются стотысячными и миллионными долями миллиметра. Такая структура носит название троостита. Наличие тончайших пластинок цементита можно обнаружить с помощью электронного микроскопа.

При скорости охлаждения 150—200 град/сек успевает завершиться лишь перегруппировка атомов железа, поэтому углерод остается в виде твердого раствора в а-железе. Эта структура называется мартенситом.

Подводя итог сказанному, заметим, что перлит, сорбит и троостит по структуре представляют смесь двух фаз — феррита и цементита — и отличаются друг от друга только степенью дисперсности цементита, а мартенсит содержит только одну фазу — твердый раствор углерода в а-железе.

Структура перлита, получаемая при медленном охлаждении сплавов, называется равновесной, как и другие структуры диаграммы состояния. В отличие от этого структуры сорбита, троостита и мартенсита, получающиеся при повышенных скоростях охлаждения, называются неравновесными.

Сдвиг критических точек при охлаждении. Увеличение скорости охлаждения вызывает понижение критических точек по отношению к их положению на диаграмме равновесия — их сдвиг. Сдвиг увеличивается с увеличением скорости охлаждения. На рис. 81 приведена зависимость положения критических точек от скорости.охлаждения для эвтектоидной стали.

При малых скоростях охлаждения величина переохлаждения также невелика (верхние точки кривой А’г), и сталь, охлажденная при этих скоростях, имеет структуру перлита. Пластинки цементита в перлите тем мельче, чем больше скорость охлаждения, и структура перлита при дальнейшем повышении скорости охлаждения постепенно переходит в структуру сорбита.

Скорость охлаждения t>x (150 град/сек) соответствует началу появления мартенсита в структуре стали. Часть линии А“г, характеризующая превращение аустенит — мартенсит, — прямая. Это указывает на то, что данное превращение имеет место при постоянной температуре (около 240° для эвтектоидной стали) независимо от дальнейшего увеличения скорости.

Таким образом, кривая А’г характеризует распадение аустени-та в смесь двух фаз: феррита и цементита, а прямой отрезок А“г — переход аустенита в мартенсит. При скоростях охлаждения от vt до v2 охлажденная сталь содержит троостит и мартенсит (превращение происходит как по линии А’г, так и по линии А“г). При скоростях охлаждения, превышающих v2, » ниже линии А“г наряду с мартен

ситом будет присутствовать некоторое количество еще не распавшегося ,остаточчого аустенита.

Изотермическое распадение аустенита. Наблюдениями над охлажденным аустенитом установлено, что и скорость, и характер распадения аустенита зависят от степени его переохлаждения.

На рис. 82 приведена диаграмма изотермического распадения аустенита эвтектоидной углеродистой стали. Диаграмма построена в координатах температура — время, причем время откладывается на неравномерной (логарифмической) шкале, что дает возможность проследить превращения, протекающие за промежуток времени от долей секунды до суток и более.

Предположим для простоты, что за время 0,5 сек. удается охладить образец из состояния аустенита до любой температуры: отточки Агх до 0° и ниже. Охлаждая образец до температуры 700° и выдерживая его при этой температуре, мы заметим, что в течение времени до точки нх в аустените никаких превращений не происходит. В точке начинается распадение аустенита. Период времени до точки нх называется инкубационным периодом. Распадение аустенита заканчивается полностью в точке /с1( и весь аустенит переходит в перлит.

Наблюдая за образцом, охлажденным из состояния аустенита до температуры 650°, и нанося точки начала (н2) и конца (к2) распадения аустенита на диаграмму, мы заметим, что как инкубационный период, так и период распадения аустенита уменьшились, а в результате распадения получился сорбит.

В образце, охлажденном до температуры 500°, получим, соответственно, точки н3 и к3 распадения аустенита и структуру троостита, как результат распадения.

При увеличении числа подобных опытов будем иметь ряд точек начала и окончания превращений аустенита.

При охлаждении образцов по линии Мн начинается превращение аустенита в мартенсит; превращение всего аустенита в мартенсит происходит только при дальнейшем понижении температуры, и окончание этого превращения для эвтектоидной углеродистой стали наступит лишь при температуре — 50° С.

Рассмотрев диаграмму, отметим в итоге следующее. Верхняя часть диаграммы характеризует изотермический процесс распадения аустенита в смесь фаз феррита и цементита. Левее кривой I находится переохлажденный аустенит, между кривыми I н II протекает процесс распада переохлажденного аустенита, правее кривой II находятся продукты распада аустенита: перлит, сорбит и троостит. Инкубационный период распадения аустенита изменяется в зависимости от степени переохлаждения последнего и вначале уменьшается до некоторой критической величины, а затем вновь увеличивается; этот период для каждой температуры определяется абсциссой кривой I начала распадения аустенита. Кривая II показывает, что длительность превращения также зависит от температуры переохлаждения.

Прямая Мн является границей между верхней и нижней частями диаграммы. Эта прямая характеризует начало мартенситного превращения аустенита и соответствует прямому участку кривой А“г.

Нижняя часть диаграммы показывает, что для перевода всего остаточного аустенита в мартенсит необходимо понижать температуру стали до линии Мк (конец мартенситного превращения). Кривые изотермического распадения аустенита имеют форму буквы С и называются С-образными кривыми. Форма этих кривых установлена в результате трудов проф. С. С. Штейнберга и других советских ученых.

У доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей С-образные кривые смещены влево по сравнению с кривыми эвтектоидной стали, а прямые Мн и Мк у первой расположены выше, а у второй ниже, чем у эвтектоидной стали.

Свойства структур мартенсита, троостита, сорбита и перлита. Сначала рассмотрим свойства структур эвтектоидной стали.

Мартенсит — самая твердая и самая хрупкая структура. Плотность мартенсита меньше, чем плотность других структур, и составляет 7,75 г/см3. В связи с увеличением объема стали при мартенситном превращении возникают напряжения, особенно при неравномерном охлаждении детали. Мартенсит магнитен и обладает наибольшей способностью сохранять в себе остаточный магнетизм, поэтому магниты при их изготовлении закаливают на мартенсит.

Троостит и сорбит являются промежуточными структурами между перлитом и мартенситом, поэтому их свойства будут средними между свойствами перлита и мартенсита. На рис. 83 приведены кривые изменения твердости (НВ), предела прочности (оПч) и относительного удлинения (б) эвтектоидной стали в различных состояниях от перлита до мартенсита.

Читать далее:

Отжиг и нормализация стали

• Подшипниковые сплавы и материалы
• Легкие сплавы
• Сплавы на основе меди
• Сплавы цветных металлов
• Металле- и минералокерамические изделия