2 (Лекции), страница 2

с таль

0%<C<0,8% 0,8%<C<2,14%

доэвтектойдные заэвтектойдные

стали стали

2,14%<C<6.67%

ч угун

2,14%<C<4,3% 4,3%<C<6,67%

доэвтектические чугуны заэвтектические чугуны

(технические сплавы, (в технике не применяются)

применяются для изготовления

деталей машин)

1. доэвтектическая сталь (сплав)

2. заэвтектическая сталь (сплав)

3. д
   оэвтектический чугун

Кривая охлаждения и превращения доэвтектойдной стали

а) t<t₁ сплав в жидком состоянии

б)t₁<t<t₂ - первичная кристаллизация аустенита, температура постоянная

в) t₂<t<t₃ - охлаждение сплава; структура – аустенит; превращений не происходит

г) t₃<t<t₄ - t₃ -критическая температура. Нижняя граница устойчивости аустенита. При заданном содержании С в сплаве выше температуры t₃ - аустенит устойчив; ниже температуры t₃ – для обеспечения устойчивости аустенита содержание углерода в нем должно повышаться, постепенно приближаясь к 0,8%(чем выше содержание С, тем устойчивее аустенит); при температуре ниже температуры t₃ возникает диффузионный процесс перераспределения С: часть кристалла получает углерод и остается в виде аустенита, другие, отдавая с, превращаются в феррит. Таким образом, с понижением температуры снижется доля аустенита и повышается доля феррита.

д) t₄ – нижняя точка устойчивости аустенита. Каждый кристалл аустенита содержит 0,8% С, при температуре ниже t₄ аустенит теряет устойчивость и превращается в перлит.

е) t<t₄ - остывание сплава, структура – феррит+перлит

Кривая охлаждения и превращения заэвтектойдной стали

t<t₁ – жидкость

t₁<t<t₂ – первичная кристаллизация А

t₂<t<t₃ – охлаждение А без изменений

t₃<t<t₄ - предельная растворимость С в А

t<t₃ – избыток С за счет диффузионного перемещения к границам кристалла; концентрация С на границе повышается и образуется карбид железа, формируется цементитный скелет стали. Содержание С снижается при t=t₄

участок 4-4΄ - превращение аустенита в перлит

t<t₄ - охлаждение сплава перлит и цементит вторичный

К
ривая охлаждения и превращения доэвтектического чугуна

Участок 1-2΄ - первичная кристаллизация А

Участок 2΄-2 – образование эвтектики Л_А

Точка 2΄ - конец первичной кристаллизации (затвердевание сплава)

Участок 2΄-4 - остывание сплава и перераспределение С в А

Участок 4-4΄ - эвтектойдное превращение аустенита в перлит и, затем, в структуру ледебурит перлитный и перлит (Л_П+П). Образовавшаяся структура – белый чугун – большое количество цементита в структуре, в технических целях не используется.

Для технических целей применяется доэвтектический графитизированный чугун.

Термическая обработка стали

Т
ермическая обработка – комплекс мер, направленных на изменение структуры и свойств стали без изменения ее химического состава и включающий в себя последовательные этапы нагрева, выдержки при высокой температуре и охлаждение с заданной скоростью.

Параметры термической обработки – критические и второстепенные:

1. Скорость нагрева (v_нагр) – второстепенный параметр. Выбирается из условий обеспечения максимально быстрого прогрева детали на нужную глубину и допускаемого уровня термических напряжений ( напряжений, связанных с неравномерностью температурного поля детали)

2. Температура нагрева (t_нагр) – критический параметр. От нее зависит характер структурных изменений стали (все превращения).

3. Время выдержки (τ_выд) – второстепенный параметр. Определяется из условий:

• равномерного прогрева детали

• завершение всех диффузионных процессов в структуре

1. Скорость охлаждения (v_охл ) – критический параметр. В зависимости от нее превращения в структуре при охлаждении могут быть:

• диффузионными

• бездиффузионными

От этого существенно зависит характер термической обработки.

При всех превращения в стали остается справедливым принцип минимума свободной энергии.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор С в кристаллической решетке α-железа. Структура термодинамически неустойчивая, образуется из аустенита при повышении скорости охлаждения в результате подавления процесса диффузии.

Основные превращения в стали при термической обработке

1. Перлит в аустенит – (t>727˚C) диффузионный процесс сопровождается:

• распад цементита, входящего в состав перлита

• диффузионное перераспределение С в кристалле

• формирование кристаллической решетки Fe_γ (ГЦК).

Для t₁: І – инкубационный (подготовительный) период, видимых изменений в структуре перлита нет

II – превращение – структура аустенит+перлит

Ш – образование устойчивой структуры аустенита

1. Аустенит в перлит – (t<727°C), диффузионный процесс сопровождается:

• перераспределение С внутри кристалла

• концентрация С вдоль определенных атомных плоскостей

• образование пластинок вдоль этих плоскостей

• о
  бразование пластинок феррита в зонах, свободных от С.

При низких температурах:

а) термодинамическое равновесие нарушается сильнее, т.е. скорость превращения должна повышаться;

б) диффузионные процессы замедляются, т.е. скорость превращения снижается

При 200˚C<t<250˚C . Диффузия С полностью прекращается; это температура начала мартенситного превращения.

При 500˚C<t<725˚C . При понижении температуры из-за снижения скорости диффузии и свободного пробега атомов С размеры ферритных и цементитных пластинок уменьшаются, т.е. структура перлита становится мелкодисперсной.

3. Аустенит в мартенсит – (t<М_н) – бездиффузионный процесс, осуществляется при высоких температурах охлаждения, происходит превращение при М_н<t<М_к – в этом диапазоне каждому значению температуры соответствует строго определенное количество аустенита и мартенсита. Формирование мартенситной структуры происходит со скоростью, гораздо выше скорости звука. Мартенсит не существует в виде отдельных кристаллов, а только в достаточно большом объеме металла, следовательно, невозможно сформировать мартенсит в маленьком объеме металла, например в металлических опилках.

В образовании мартенсита – смысл и задача закалки.