Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Цель работы.2. Краткая теоретическая часть.3. Результаты работы, представленные в виде табл. 2.3.4. Выводы о влиянии скорости охлаждения и состава сплавана его структуру и твердость, а также о способах влияния наформу графитных включений и о влиянии этой формы на свойства сплава.Контрольные вопросы1. Найдите на диаграмме состояния Fe — C сплавы, относящиеся кчугунам.2. Запишите эвтектическую реакцию для белых, серых и половинчатых чугунов.3.
Какие структурные составляющие обязательно присутствуют вструктуре белых, серых и половинчатых чугунов?4. Как повлиять на структуру чугуна?5. Почему в ряде структур вместо стабильной фазы графита формируется метастабильный цементит?6. Опишите процесс формирования структуры доэвтектического, эвтектического и заэвтектического белого чугуна.7. Рассчитайте количество фазовых и структурных составляющих вбелом чугуне любого состава.8.
Почему белые чугуны практически не находят применения?9. Как формируется структура в половинчатом чугуне?3310. Опишите процесс формирования структуры серых чугунов наразличной металлической основе.11. Определите концентрацию углерода в сером чугуне по его структуре.12. Как металлическая основа серых чугунов влияет на их свойства?13. Как формируется структура высокопрочного чугуна?14. Как формируется структура ковкого чугуна?15. Каким образом форма графита влияет на механические свойствасерого чугуна?34Лабораторная работа № 3СТРУКТУРА И СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИЦель работы1.
Ознакомиться со структурой углеродистой стали после различных режимов термической обработки.2. Изучить закономерности влияния параметров термическойобработки, а именно, температуры нагрева, скорости охлаждения итемпературы охлаждающей среды на структуру и свойства углеродистых сталей.Теоретическая частьНа рис. 3.1 приведен так называемый «стальной» участок диаграммы Fe — Fe3C.Рис. 3.1. «Стальной» участок диаграммы состояния Fe — Fe3C35Введем обозначение критических температур:А1 — температура эвтектоидного равновесия (линия РK);А3 — температура начала полиморфного превращения γ α(линия GS);Аcm — температура переменной растворимости углерода вγ-твердом растворе (линия SE).Известно, что при нагреве температура превращения чуть выше температуры равновесия, а при охлаждении — чуть ниже.В сталях критические температуры при нагреве помечают индексом c, а при охлаждении — индексом r, например, Ar1, Ac1, Ar3, Ac3.Распад переохлажденного аустенитаНа рис.
3.2, а представлена диаграмма изотермического распада аустенита (С-образная кривая) для эвтектоидной стали. С помощью диаграммы изотермического распада можно определитьструктурные превращения, протекающие при охлаждении с данной скоростью, которые в свою очередь определяют формирующуюся структуру.
Так, если скорость охлаждения из аустенитной , распад аустенита идет по диффузионнообласти меньше, чем vкрму механизму с образованием перлита γS αP + Fe3C.Рис. 3.2. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали (а) и доэвтектоидной или заэвтектоидной (б):Mн — начало мартенситного превращения; Mк — конец мартенситного превращения36 увеПри возрастании скорости охлаждения в диапазоне до vкрличивается переохлаждение аустенита, вступающего в эвтектоидную реакцию, а вместе с переохлаждением растет дисперсностьформируемой структуры. По дисперсности пластинчатой ферритно-цементитной смеси различают структуры перлита, сорбита итроостита.
Так, при скорости охлаждения порядка 5 °С/мин(охлаждение с печью) при температурах до 650 °С формируетсяструктура перлита со средним межпластинчатым расстоянием0,5...1 мкм. При скорости охлаждения порядка 50 °С/мин (охлаждение на воздухе — нормализация) при температуре от 650 до600 °С формируется структура сорбита со средним межпластинчатым расстоянием 0,2...0,4 мкм.
Троостит образуется при скоростиохлаждения около 50 °С/с при температуре от 600 до 500 °С, имежпластинчатое расстояние в нем составляет примерно 0,1 мкм.На С-образной кривой для доэвтектоидной или заэвтектоиднойсталей появляется еще одна линия (рис. 3.2, б) — линия началавыделения избыточной фазы (феррита или цементита вторичного).При увеличении скорости охлаждения количество избыточной фазы, выделившейся из аустенита, уменьшается. Это приведет к отклонению от 0,8 % С в составе аустенита, распадающегося на перлит; в этом случае формируется так называемый квазиэвтектоид.При охлаждении стали со скоростью больше vкр диффузионныепроцессы подавляются, и аустенит превращается в структуру мартенсита по сдвиговому механизму.
Охлаждение сплава со скоростью больше критической называется закалкой.Можно выделить следующие особенности мартенситного превращения:• в процессе превращения происходит кооперативное взаимосвязанное перемещение атомов на расстояния меньше межатомных без их обмена местами, что приводит лишь к перестройке решетки; состав исходной фазы (аустенит) и конечной (мартенсита)одинаковы;• новая фаза (мартенсит) закономерно ориентирована относительно старой (аустенит); рост кристалла новой фазы возможен посдвиговому механизму только при сохранении когерентностимежду решетками исходной и конечной фаз.При сдвиговом механизме превращения γ-фаза с ГЦКрешеткой стремится трансформироваться в стабильную ОЦК37структуру.
Известно, что при комнатной температуре равновеснаяконцентрация углерода в α-фазе составляет 0,006 %. Однако из-заотсутствия диффузии в мартенсите фиксируется весь углерод, содержащийся в аустените, поэтому мартенсит можно рассматриватькак пересыщенный твердый раствор углерода в α — Fe. Углерод врешетке мартенсита преимущественно располагается вдоль одногокристаллографического направления типа <100>, например вдольтрансляции с, и это делает кристаллическую решетку мартенситаобъемно-центрированной тетрагональной (ОЦТ). Отношение с/аназывают тетрагональностью мартенсита.Кристаллы мартенсита представляют собой пластины, параллельные друг другу или пересекающиеся под углом 60 или 120°.Структура мартенсита представлена на рис.
3.3. Такая ориентировкакристаллов мартенсита связана с тем, что они образуются при сдвиге вдоль определенных кристаллографических плоскостей инаправлений аустенита, а именно: {111}γ || {110}м, <110>γ || <111>м.Рис. 3.3. Структура мартенситаМартенсит обладает высокой прочностью и хрупкостью. Этисвойства обусловлены сильным искажением кристаллической решетки дефектами, формирующимися при резком охлаждениисплава: избыточной концентрацией атомов углерода, сверхравновесным содержанием вакансий, повышенной плотностью дислокаций. Кроме того, в процессе закалки в сплаве возникают упругие38напряжения. Прочностные характеристики мартенситной фазывозрастают с ростом концентрации в ней углерода.Мартенситное превращение идет с огромной скоростью(105 см/с), близкой к скорости звука в твердом теле, в интервалетемператур от Мн (начало мартенситного превращения) до Мк (конец мартенситного превращения). Температуры Мн и Мк не зависятот скорости охлаждения, а зависят только от состава стали.На рис.
3.4 приведены зависимости температур Мн и Мк отконцентрации углерода в стали. Из графика видно, что рост концентрации углерода приводит к понижению температур мартенситного превращения. Также зависимости показывают, что присодержании углерода более 0,6 % температура Мк фиксируетсяниже комнатной, т. е. при комнатной температуре в структуре,кроме мартенсита, будет присутствовать аустенит остаточный(рис. 3.5).Рис. 3.4. Зависимость температур Мн и Мк от концентрацииуглерода в стали39Рис.
3.5. Структура мартенсита с остаточным аустенитомНа практике при сохранении в структуре значительного количества аустенита остаточного применяется либо обработка холодом (охлаждение до температуры ниже Мк), либо отпуск, при котором происходит распад остаточного аустенита с образованиемболее стабильных структур. и vкрПри скоростях охлаждения промежуточных между vкрчасть аустенита распадается по диффузионному механизму с образованием троостита, а часть — по сдвиговому с образованием мартенсита. Соответствующая структура представлена на рис. 3.6.Рис. 3.6.
Структура мартенсита с трооститом40Диффузионное превращение начинается при температуре Ar1,а сдвиговое — при температуре Мн.На рис. 3.7 приведена схема влияния скорости охлаждения нараспад аустенита.Рис. 3.7. Схема влияния скоростиохлаждения на распад аустенитаБейнитное превращение является промежуточным между перлитным и мартенситным. Оно протекает при температурах, когдапрактически отсутствует диффузия атомов железа, но достаточноактивно идет диффузия углерода, т. е.
в интервале между температурой минимальной устойчивости аустенита 550 °С и началоммартенситного превращения. Сначала аустенит обедняется углеродом, и идет формирование карбидов по диффузионному механизму, далее металлическая подрешетка претерпевает сдвиговоепревращение.Превращения при отпуске закаленной сталиСтруктура закаленной стали, состоящая из мартенсита и аустенита остаточного, является термодинамически неустойчивой. Прикомнатной температуре из-за малой диффузионной подвижностиатомов распада неравновесной структуры не происходит, однако,повышение температуры сопровождается переходом закаленной41стали в более устойчивое состояние. Нагрев закаленной стали ниже температуры А1 называют отпуском.Рассмотрим превращения, которые идут при отпуске закаленной стали.Первое превращение при отпуске — это распад мартенситазакалки.
Уже при комнатной температуре и даже в процессе закалочного охлаждения в мартенсите идет диффузионное перераспределение атомов углерода — формируются сегрегации углеродана дислокациях. При температурах 100...200 °С (температура указана для углеродистых сталей) выделившийся из мартенсита углерод образует тонкие пластинки метастабильного ε-карбида с гексагональной решеткой. Образование ε-карбида термодинамическиоблегчено низкой энергией межфазной границы мартенсит/εкарбид — она имеет когерентное строение. При этом степень тетрагональности мартенсита с/а стремится к единице. Получаемуюпри таком отпуске практически кубическую фазу называют мартенситом отпуска: несмотря на отсутствие тетрагональности, вэтой фазе сохраняются высокие упругие напряжения и повышенная плотность дефектов кристаллического строения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
