2. Энергетические условия процесса кристаллизации (график изменения свободной энергии в зависимости от температуры)

Энергетические условия процесса кристаллизации (график изменения свободной энергии в зависимости от температуры)

Энергетические условия процесса кристаллизации. С изменением внешних условий свободная энергия G изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Выше температуры Ts вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже Ts - в твердом. При температуре равной Ts жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура Ts (Тпл)- равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры Ts Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации (Тк). Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения ΔТ = Тпл - Тк.Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени).

Кристаллизация - это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

3. Расшифровать

У11А-инструм.,углер.,качест.,1%С,

45ХН-констр.,улуч.,0,45%С,до 1% Cr ,Ni.

Р18 -инструм..быстрореж.,менее 1%С.

4.Назначте режим термической обработки резьбовых калибров из стали у10а. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства после термической обработки.

У10А - Сталь инструментальная углеродистая высококачественная, заэвтектоидная. Угл=1,0%

Резьбовые калибры являются инструментом, поэтому в качестве ТО нужно провести неполную закалку+низкий отпуск

П+Ц2----нагрев выше Ас1 на 50-80гр=790гр----А+Ц2-----охлажд в воде-----Мз+Ц2----низкий отпуск(160-250гр)----Мотп+Ц2

Билет10(2)

1.Распад аустенита

Основное превращение, протекающее во время охлаждения при отжиге стали, - это эвтектоидный распад аустенита на смесь феррита с карбидом. Кинетика эвтектоидного превращения изображается С-образными кривыми на диаграмме изотермического превращения аустенита.

Диаграмма изотермического распада аустенита в эвтектоидной стали:

А - устойчивый аустенит: Ап - переохлажденный аустенит;

Ф - феррит; К - карбид.

Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходит процесс распада. При высоких температурах, т.е. при малых степенях переохлаждения, получается грубая смесь феррита и цементита - перлит. Понижение температуры, а следовательно, повышение степени переохлаждения вызывает образование дисперсной смеси феррита и цементита - сорбита. При еще более низкой температуре распада дисперсность продуктов возрастает; такая тонкая смесь феррита и цементита называется трооститом. Промежуточное превращение протекает при низких температурах, когда диффузия атомов железа сильно замедляется, а диффузия атомов углерода протекает сравнительно легко. Это превращение носит смешанный характер - диффузионный и бездиффузионный.

Первоначально происходит диффузионное перераспределение углерода в аустените, приводящее к образованию объемов аустенита, богатых и бедных углеродом. Затем объемы аустенита претерпевают бездиффузионное превращение , в результате которого образуется структура пересыщенного твердого раствора углерода в железе - бейнитный феррит. Образовавшийся бейнитный феррит неустойчив и со временем распадается на ферритно - цементитную смесь.Из объемов аустенита, богатых углеродом, выделяются частички цементита, а затем обедненные объемы превращаются бездиффузионным путем в пересыщенный твердый раствор .

Таким образом, в результате промежуточного превращения образуется структура, состоящая из смеси - фазы, часто пересыщенной углеродом, и карбида (цементита), которая называется бейнит или игольчатый троостит. Изотермическое превращение доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей несколько отличается от изтермичекого превращения эвтектоидной стали.В верхнем интервале температур у доэвтектоидных сталей сначала выделяется избыточный феррит, а в заэвтектоидных - избыточный цементит

При температуре 727 °С (точка А1) аустенит находится в термодинамически устойчивом равновесии со смесью феррита и цементита. Чтобы начался распад аустенита, необходимо его переохладить ниже 727 °С. Устойчивость переохлажденного аустенита характеризуется инкубационным периодом, т. е. отрезком времени (от оси ординат до левой С-кривой), в течение которого обычные методы не фиксируют появление продуктов распада.

В эвтектоидной стали при температурах около 550 °C переохлажденный аустенит наименее устойчив. Как раз при этих же температурах обнаружены максимумы скорости зарождения и скорости роста эвтектоида