Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Это стали, которые проходят через двухфазную αγ-область (см. рис. 4.1), полиморфноепревращение в них идет частично.62Рис. 4.8. Структура стали ферритного классаКлассификация по Гийе осуществляется по структуре посленормализации от температуры 900 °С образца диаметром 25 мм идлиной 100 мм. Здесь в отличие от классификации по равновесной структуре оговариваются условия охлаждения, так как равновесная структура не зависит от условий ее получения, а нормализованная структура является неравновесной, и ее отклонениеот равновесия как раз зависит от скорости охлаждения образца.В классификации по Гийе выделяются следующие структурныеклассы:перлитный;мартенситный;аустенитный;ферритный;бейнитный.Диаграммы изотермического распада для сталей перлитного,мартенситного и аустенитного классов представлены на рис.
4.9.К перлитному классу относятся низколегированные стали, в которых при охлаждении на воздухе будет формироваться структураперлита (см. рис. 4.9, а).Как говорилось ранее, добавление легирующих элементов приводит к смещению С-образной кривой вправо. В этом случае приохлаждении на воздухе перлитное превращение не произойдет, и63Рис. 4.9. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классоваустенит будет переохлажден до температур Мн и Мк, тогда последует мартенситное превращение (см. рис. 4.9, б). Такие стали относятся к мартенситному классу.Дальнейшее увеличение концентрации легирующих элементовв стали приведет не только к смещению С-образной кривой вправо, но и к снижению интервала мартенситного превращения нижекомнатной температуры.
Тогда охлажденная на воздухе до комнатной температуры сталь сохранит аустенитную структуру. Этобудет сталь аустенитного класса (см. рис. 4.9, в).В сталях, легированных карбидообразующими элементами —Сr, Mo, W, формирующими карбиды первой группы, растворяющиеся в аустените, как уже говорилось, С-образная кривая разбивается на две: перлитную и бейнитную. Если при нормализациибудет пересекаться бейнитная часть С-образной кривой, то сформируется структура бейнита, а сталь будет принадлежать к бейнитному классу.Стали, которые относятся к ферритному классу по классификации по Обергофферу, будут иметь ферритную структуру и приохлаждении на воздухе, и таким образом, тоже будут формироватьферритный структурный класс.Порядок выполнения1.
Используя приложение, по составу определить марку сталии занести ее в табл. 4.1.64Таблица 4.1Структура легированных сталейМаркасталиСоставсталиМикроструктура,С.С. и увеличениеФ.С. при1100 °С 20 °СОбработкаСтруктурный класс2. Изучить микроструктуры образцов легированных сталей,используя металлографический анализ. Структуру сплава с указанием структурных составляющих и увеличения микроскопа, атакже его обработку занести в табл. 4.1.3. Определить структурный класс исследованных легированных сталей.4.
Указать фазовый состав сплава при температурах 1100 и20 °С.Содержание отчета1. Цель работы.2. Краткая теоретическая часть.3. Результаты работы, представленные в виде табл. 4.1.4. Выводы о влиянии легирующих элементов на структуру исследованных сталей.Контрольные вопросы1. Какие примеси обычно присутствуют в сталях? Чем примеси отличаются от легирующих элементов?2.
В состав каких фаз могут входить легирующие элементы?3. Как маркируются стали? Приведите примеры марок легированныхсталей.4. Как легирующие элементы влияют на температуры полиморфныхпревращений?5. Как легирующие элементы влияют на механические свойства твердых растворов Fe?6. Опишите особенности влияния Ni на механические свойства твердых растворов Fe.7. Укажите различия в поведении сильных и слабых карбидообразующих элементов в сталях.8.
Сравните карбиды первой и второй групп.659. Как легирующие элементы влияют на размер аустенитного зерна?10. Как легирующие элементы влияют на термокинетическую кривую распада аустенита?11. Как легирующие элементы влияют на критическую скоростьохлаждения? Объясните причину такого влияния.12. Как легирующие элементы влияют на прокаливаемость сталей?Каково практическое значение этого влияния?13.
Как легирующие элементы влияют на температуры Мн и Мк?14. Приведите классификацию легированных сталей по равновеснойструктуре. Опишите структуру сталей каждого класса.15. Приведите классификацию легированных сталей по структуре после нормализации. Опишите структуру сталей каждого класса.16. В каких структурных классах не наблюдаются полиморфные превращения?17. Почему в структуре стали может появиться ледебурит?66Лабораторная работа № 5МИКРОСТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВЦель работы1. Изучить с помощью металлографического микроскопа типичные структуры алюминиевых сплавов.2. Рассмотреть способы влияния на структуру алюминиевыхсплавов.Теоретическая частьАлюминий и его сплавыТемпература плавления чистого Al составляет 660 °С.
Алюминий имеет ГЦК-решетку и не обладает полиморфизмом. Как и всеметаллы с ГЦК-решеткой, он обладает низкой прочностью (в == 50 МПа) и высокой пластичностью ( = 50 %). Важной особенностью Al является его низкая плотность — 2,7 г/cм3 и, как следствие,высокая удельная прочность (в/).
Алюминий обладает высокойтепло- и электропроводностью. На поверхности алюминия образуется сплошная тонкая и прочная оксидная пленка Al2O3, котораяпридает металлу высокие коррозионные свойства.Для повышения прочностных свойств в алюминий добавляютлегирующие элементы. Всего лишь 9 элементов имеют предельную растворимость в алюминии более 1,5 % по массе: Zn, Ag, Ga,Mg, Ge, Cu, Li, Mn, Si.
За исключением остродефицитных серебра,галлия и германия все эти элементы формируют с алюминиемдвойные диаграммы эвтектического типа и являются основнымикомпонентами промышленных алюминиевых сплавов.Термическая обработка алюминиевых сплавовДля повышения прочностных характеристик алюминиевыесплавы подвергают закалке и старению. Для устранения неравновесных структур и дефектов строения применяют отжиг.67Рассмотрим типичные виды термической обработки алюминиевых сплавов на примере системы Al — Cu.
Диаграмма состоянияпредставлена на рис. 5.1.Рис. 5.1. Диаграмма состояния Al — CuЗакалка без полиморфного превращения — термическая обработка, фиксирующая при комнатной температуре состояние сплава, свойственное ему при более высоких температурах. Закалкаалюминиевых сплавов заключается в нагреве до температуры, прикоторой вторая интерметаллидная фаза полностью или большейчастью растворится в α-твердом растворе, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры дляполучения пересыщенного твердого раствора.
Чем сильнее пересыщен твердый раствор алюминия, тем выше его прочность и темсильнее можно его упрочнить при последующем старении.Так, в сплавах системы Al — Cu при комнатной температуре вα-твердом растворе можно растворить 0,2 % Cu, а максимальнаярастворимость меди в этой фазе наблюдается при эвтектическойтемпературе и составляет 5,7 %. Если сплав, содержащий до 5,7 %Cu, нагреть в однофазную α-область, а затем быстро охладить68(настолько быстро, что диффузионное перераспределение атомов,необходимое для выделения CuAl2-фазы, будет подавлено), в структуре будет зафиксирован только пересыщенный α-твердый раствор,концентрация которого будет совпадать с концентрацией сплава.Закалке может быть подвергнут и сплав, содержащий более5,7 % Cu.
В этом случае при нагреве под закалку в сплаве будутнаходиться в равновесии α-твердый раствор с содержанием меди5,7 % и частицы CuAl2, которые здесь невозможно растворитьполностью. После резкого охлаждения в сплаве будет зафиксирован пересыщенный твердый раствор и нерастворенная при нагревефаза CuAl2.Таким образом, для сплавов с концентрацией меди менее 5,7 %температура закалки должна фиксироваться чуть выше линии переменной растворимости: дальнейшее повышение температурыможет привести к укрупнению α-зерна, а также оплавлению егограниц; а при концентрации меди более 5,7 % рекомендуемая температура закалки должна быть на 5...15 ниже эвтектической температуры.Охлаждение при закалке следует проводить со скоростью больше критической, где критическая — это минимальная скорость, прикоторой будет подавлен процесс распада пересыщенного твердогораствора.
На практике закалку алюминиевых сплавов проводят вводе, хотя скорость охлаждения в воде (600...800 град/с) значительно превышает критическую скорость охлаждения для алюминиевыхсплавов.С термодинамической точки зрения пересыщенный твердыйраствор является неравновесной структурой, стремящейся перейтив более стабильное состояние (см. рис. 5.1).После закалки без полиморфного превращения проводят старение алюминиевых сплавов.
Старение — это нагрев закаленногосплава до температур ниже фазового перехода, при котором происходит диффузионный распад пересыщенного твердого раствора.Чем выше концентрация пересыщенного твердого раствора,тем более он неравновесный и тем активнее в нем пойдут процессы распада. Но независимо от пересыщенности, необходимымусловием распада твердого раствора при старении является некоторая избыточная концентрация вакансий, обеспечивающая ускорение диффузионных процессов. Если концентрация вакансий бу69дет меньше некоторого вполне определенного для каждого сплавакритического значения, то распад пересыщенного твердого раствора не начнется.
Данное утверждение хорошо иллюстрируетсяследующими наблюдениями: при электронномикроскопическомисследовании структуры состаренных алюминиевых сплавов уграниц зерен, которые являются местом стока вакансий, обнаруживаются области твердого раствора, свободные от выделений,т. е. области нераспавшегося пересыщенного твердого раствора.Холодная пластическая деформация закаленных алюминиевыхсплавов, которая значительно увеличивает плотность вакансий идислокаций в кристаллической решетке, ускоряет процесс распадапересыщенного твердого раствора при прочих равных условиях.Старение может быть естественным — протекающим прикомнатной температуре и искусственным — протекающим приповышенной температуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
