Konspekt_po_materialovedeniy (804371), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Каждому значению температуры соответствует строгоопределенное отношение А и М. С понижением температуры количество аустенитауменьшается, увеличивается количество мартенсита. Скорость образования мартенсита внесколько раз превышает скорость звука, этот процесс происходит практически мгновенно.Мартенсит не существует в виде отдельных кристаллов, а образуется в виде большогообъема металла. Условно размер кристаллов мал. Говорят о сплошных бесструктурных М.Из-за сильного искажения кристаллической решетки М, образующаяся структура являетсяпрактически сплошным объемом, из которого невозможно выделить отдельные кристаллы.Сильное искажение решетки приводит к значительному увеличению твердости и прочности.Причина – напряжение межатомных связей. Образование Мартенсита – смысл закалки.Виды термической обработки.1) Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали вышекритической температуры (структура аустенит), выдержки и медленном охлаждении.
Задачаотжига – получение более или менее равновесной структуры металла. Существует отжигпервого и второго рода.Отжиг первого рода направлен на возвращение в равновесное состояние металла,подвергнутого предварительной пластической деформации.Отжиг первого рода проходит в две стадии: 1) возврат 2) рекристаллизация. Врезультате пластической деформации в металле возникает особая структура, при которойбольшинство кристаллов оказывается деформированными в одном направлении.Металл, свойства которого были одинаковы вовсех направлениях из-за произвольной хаотическойориентациикристалловприобретаетпреимущественныенаправленияраспределениясвойств.
Устранить влияние пластической деформациина структуру металла можно двумя способами.1) Возврат – нагрев металла до относительнонизких температур. Результат – искаженная форма кристаллов сохраняется, снимаютсявнутренние напряжения в структуре. В результате твердость и прочность незначительноуменьшаются, уменьшается склонность к хрупкому разрушению.2) Рекристаллизация – нагрев до высоких температур: чистые металлы – до tр = 0,20,3tпл; чистые сплавы – до tp = 0,5-0,6tпл; технические сплавы – до tр = 0,8-0,9tпл. Поддействием высоких температур происходит полная перестройка кристаллической структурыметалла. Вместо деформированных кристаллов в твердом состоянии происходит зарождениеи рост новых равновесных кристаллов. Свойства металла возвращаются к исходным –бывшим до деформации.Отжиг второго рода заключается в нагревании стали выше критической температурыаустенита, выдержки и охлаждении.
Направлен на перевод стали, находящейся внеравновесном состоянии после предварительной термической обработки в равновесноесостояние.Левый нижний угол диаграммы железо-цементит.21I. Полный отжиг. Нагрев до температуры 900–1000° C. Как результат: происходитвыравнивание химического состояния (исчезновение ликваций); образуется полностьюравновесная структура.
Следы предварительной термообработки полностью исчезают.Происходит рост зерна аустенита (гомогенизация).II. Полный отжиг. Структура металла переходит в более равновесное состояние.Ликвации сохраняются, роста зерна не происходит.III, IV. Неполный отжиг. Происходит уменьшение степени неравновесности, частичносохраняются следы предварительной термообработки.V. Сорероидизация, применяется для заэвтектоидных сталей (С>0,8%). Цель –образование сферического цементита. Исчезает цементный скелет. Кристаллы цементитаприобретают правильную сферическую форму. Результат – улучшение механическихсвойств металла, уменьшение хрупкости, увеличение вязкости.2) Закалка – вид термической обработки,заключающийся в нагреве стали выше критическойтемпературы (структура аустенит), выдержки приэтой температуре и охлаждении со скоростью вышекритической(структурамартенсит).Цель:повышение твердости и прочности стали.Критическаяскоростьохлаждения–минимальная скорость охлаждения стали, прикоторой не происходит распада аустенита собразованием перлита (t = 727° C).При охлаждении со скоростью vкр криваяохлаждения касательна к линии начала распада А.При скорости v1<vкр – низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А, закалки непроисходит.
При v2>vкр – происходит закалка с образованием мартенсита. При v3<vкрпроисходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть – превращается вмартенсит.Выбор температуры нагрева стали под закалку.Условия выбора:1) Образование аустенитной структуры должнопройти полностью за относительно непродолжительноевремя.2) Не должно происходить увеличения размеровзерна аустенита вследствие нагрева.Результаты закалки при разных условиях:1) Температура выше оптимальной: превращениепроисходит быстро, увеличиваются размеры кристалловаустенита, следовательно возможно ухудшение свойствзакаленной стали.2) Температура оптимальная: превращение происходит быстро, результаткачественный.3) Температура ниже оптимальной: Закалка возможна, но недопустимо сильноувеличивается время выдержки.4) Температура ниже критической: Аустенит образуется частично. Результат –неполная закалка.Интервал температур определен экспериментально.
Для заэвтектоидных сталейтемпература нагрева на 20–50° C выше линии SK. Причина: углерод как легирующийэлемент способствует повышению устойчивости аустенита.Для заэвтектоидных сталей закалка с температурой выше линии SK приводит квысокому содержанию углерода в аустените. После закалки при низких температурах вструктуре находится много остаточного аустенита, как следствие уменьшается твердость.22После закалки при температуре на 20–50° C выше линии SK, избыточный углерод остается ввиде цементита, содержание углерода в аустените пониженное, аустенит практическиполностью превращается в мартенсит. Влияние остаточного аустенита компенсируетсявысокой прочностью и твердостью вторичного цементита.Способность стали к закалке.1) Закаливаемость – способность стали существенно изменять свои свойства послезакалки. Зависит от содержания углерода в стали (С > 0,25%).2) Прокаливаемость – способность стали образовывать мартенсит при низкихкритических скоростях охлаждения.
Чем ниже скорость, тем выше прокаливаемость, темтолще поверхностный слой закаленного металла.Виды закалки:1) Простая закалка:Преимущества: Производится в одной охлажденнойсреде, простота, низкая стоимость.Недостатки:Вероятностьвысокихвнутреннихнапряжений, возможность возникновения трещин.2) Закалка в двух закалочных средах:Преимущества: Снижение внутренних напряжений.Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокаястоимость.3) Закалка в двух закалочных средах с выдержкой:Преимущества: Низкие внутренние напряжения, не возникают трещин.Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокая стоимость, высокаявероятность брака.4) Закалка на бейнит:Бейнит – структура, образованная из аустенита при температуре немного большейначала мартенситного превращения, и представляющая собой промежуточное состояниемежду аустенитом и мартенситом (ближе к мартенситу).Преимущества: Оптимальное сочетание механических свойств: прочность, твердость,вязкость.Недостатки: Сложная технологии закалки, высокая вероятность брака.3) Отпуск – термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве закаленной намартенсит стали до температуры ниже критической, выдержки при этой температуре иохлаждении на воздухе.Цель отпуска: Улучшение механических свойств закаленной стали, снижениехрупкости, повышение пластичности, некоторое снижение твердости и прочности.Закалка + Отпуск = Улучшение свойств стали.Исходная структура – мартенсит закалки: высокое содержание углерода, сильноискаженная кристаллическая решетка, значительное напряжение в структуре, высокаястепень неравновесности.Виды отпуска:1) Низкотемпературный отпуск (низкий отпуск):23Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 150–250° C.
В результатеотпуска – мартенсит отпуска и ε-карбиды.При повышении температуры активизируетсядиффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется влокальных областях, где образуется карбид железа (ε-карбид). Размеры этих карбидов оченьнебольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и,как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость ипрочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали кхрупкому разрушению.2) Среднетемпературный отпуск (средний отпуск):Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 250–450° C.
В результатеотпуска – тростит отпуска.При повышении температуры активизируетсядиффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращениямартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большиерасстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита.
Особенности среднего отпуска:маленький размер кристаллов, кристаллы равноостные, мелкодисперсные. Такая структураназывается тростит отпуска. Такая структура обладает высокой прочностью и твердостью идостаточным запасом пластичности. Используется для ответственных, сильно нагреваемыхдеталей (пружины, рессоры).3) Высокотемпературный отпуск (высокий отпуск):Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 450–650° C. В результатеотпуска – сорбит отпуска.Процессы аналогичны среднему отпуску, ноувеличивается расстояние, на которое смещаются атомы углерода. Диффузия происходитинтенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, увеличиваются размерыкристаллов феррита и цементита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
