13. Почему на первых стадиях фазовой перекристаллизации часто образуется зародыш промежуточной фазы, имеющий дискообразную или пластинчатую форму вместо сферического зародыша стабильной фазы?

На первой стадии фазовой перекристаллизации образуется очень тонкий кристалл. Это образование идет по бездиффузионному механизму и на границе раздела фаз. Субзеренные и межфазные границы (это грубые поверхности), они имеют существенное значение для образования зародышей новой фазы.

14. Указать, как влияют структурные неоднородности в исходной фазе, размер зерна исходной фазы, наличие в сплаве кристаллов избыточной фазы на развитие фазовой перекристаллизации.

Реальная структура сплава хар-ся наличием в ней разнообразных готовых поверхностей или иных локальных участков, на которых облегчено образование зародышей и их последующий рост за счет влияния дефектов кристаллического строения на процессы перестройки решетки или диффузионный массоперенос атомов.

Готовыми поверхностями раздела, способствующими развитию фазовой перекристаллизации, являются: границы зерен, стенки пор и микротрещин, межфазные границы, поверхности частиц оксидов, сульфидов, карбидов, нитридов и т.д. Они обладают избытком свободной энергии по сравнению с объемами металла внутри зерен, это снижает затраты энергии на образование новой поверхности раздела образующегося зародыша. На границы зерен и на другие дефекты до начала фазовой перекристаллизации перераспределяются атомы растворенного в-ва, создавая необходимую для зарождения кристаллов новой фазы флуктуацию концентрации, что также облегчает развитие фазовой перекристаллизации.

15. Укажите, как влияет пластическая деформация под действием приложенных напряжений извне (горячейОд) на развитие фазовой перекристаллизации.

На течение фазовой перекристаллизации оказывает влияние напряженное состояние превращающихся фаз, возникающее в системе под действием приложенных внешних сил, а также в связи с образованием внутренних напряжений при наличии термических градиентов (термические напряжения), при неоднородном по объему развитии структурных превращений (структурные напряжения).

Упругие и пластические деформации, обусловленные этими напряжениями, почти всегда ускоряют развитие фазовых превращений.

16. Укажите, как влияют термические напряжения, обусловленные быстрым нагревом или охл-ем образца, на развитие фазовой перекристаллизации.

Термические напряжения – напряженное состояние превращающихся фаз, возникающее в системе под действием внешних приложенных сил, а также в связи с образованием внутренних напряжений при наличии термических градиентов – ускоряют фазовую перекристаллизацию

18. Назовите основные этапы аустенитного превращения. Почему для начала аустенитного превращения требуется перенагрев стали выше точки Ас1?

При достижении даже небольшой степени перенагрева выше критической точки Ас1 (727 °С) появляется термодинамический стимул аустенитного превращения, обусловленный меньшей в этих t-ых условиях свободной энергией аустенита по сравнению с исходной феррито-цементитной смесью. Зародыш аустенита появляется путем перестройки ОЦК решетки феррита в ГЦК аустенита только в непосредственной близости к цементитной пластине.

Основные этапы аустенитного превращения.

1 – бездифузионное зарождение малоуглеродистого аустенита; 2 – за счет диффузионного обмена обогащается С, прилипание атомного слоя цементитной пластины в составе перлита; 3 – растворение цементитной пластины; 4- выравнивания содержания С в объеме аустенита (гомогенизация).

19. Изобразите концентрационные контуры распределения углерода в фазах, участвующих в протекании аустенитного превращения, при перенагреве выше точки Ас1 на первом и последующих этапах превращения.

20. Чем обусловлена возможность существования двухфазной аустенитно-цементитной смеси в эвтектоидной стали при t-ре выше критической точки А_с1 на промежуточном этапе развития аустенитного превращения?

На границе А-Ц имеется большой скачок концентрации углерода, а на границе А-Ф меньший скачок, следовательно ферритная пластина растворяется намного быстрее чем цементитная.

21. Какие диффузионные процессы развиваются в трехфазной системе (феррит-аустенит-цементит) при протекании аустенитного превращения? Какой из этих процессов контролирует скорость развития превращения?

Скорость изотермического роста аустенитного зерна контролируется диффузией углерода от границы А-Ц к границе А-Ф.

Выравнивающая диффузия понижает концентрацию С в аустените на границе А-Ц. На границе с Ф выравнивающая диффузия повышает концентрацию С в аустените. Скорость роста будет контролироваться выравнивающей диффузией углерода и железа по толщине зародыша.

24. Как влияет на скорость протекания аустенитного превращения степень дисперсности исходной феррито-цементитной структуры и легирование стали?

С увеличением дисперсности исходной фазы скорость аустенитного превращения растет (выравнивание содержания углерода в объеме аустенита (гомогенизация)) в легированных сталях идет гораздо дольше, т.е. скорость уменьшается. Легирующие элементы неровно распределяются по ферриту, аустенит неоднородный, следовательно диффузия углерода затрудняется.

26. Как изменяется содержание углерода в аустенитной стали при нагреве доэвтектоидной стали от точки Ас1 до точки Ас3? На примере конкретной стали нарисуйте соответствующий график.

Сталь 40

28. Как изменяется размер аустенитного зерна при нагреве стали в однофазной аустенитной области в зависимости от t-ры нагрева? Нарисуйте график, соответствующий Вашему объяснению.

По окончанию аустенизации зерно аустенита может расти быстрее с увеличением t-ры. Зерно может расти равномерно, как при собирательной рекристаллизации, а может наблюдаться и неравномерный рост, как при прочностной вторичной рекристаллизации.

33. Протекание каких элементарных процессов до начала собственно перлитного превращения необходимо в структуре однофазного переохлажденного аустенита? Зародыш какой фазы образуется в первую очередь в начальный момент перлитного превращения?

Протекание процессов, обеспечивающих диффузионное перераспределение углерода в пересыщенном метастабильном аустените. Первый зародыш – цементит.

34. Изобразите фрагмент диаграммы Fe-C, поясняющий условия концентракционного равновесия аустенита на границах с ферритом и цементитом, образующимися при его распаде в условиях переохлаждения. Дайте пояснения соответствующим точкам.

С₁ и С₂ – точки растворения углерода в феррите и аустените, примыкающих к межфазной границе между ними. После переохлаждения аустенит оказывается перенасыщенным одновременно и железом и углеродом. Следовательно – выделение второй фазы.

37. При каком соотношении диффузионных процессов: обменной диффузии на межфазной границе между растущим цементитным кристаллом и аустенитом, гомогенизирующей диффузии между приграничным слоем и объемом аустенита перлитное превращение сводится к получению зернистых структур (зернистый перлит), а при каком пластинчатых.

Если скорость обменной диффузии меньше скорости гомогенизирующей диффузии, то образуется зернистая структура, если наоборот, то структура будет пластинчатой.

39. Какие изменения концентрации С происходят в тонком слое аустенита, прилежащем к межфазной границе, при возникновении ферритной пластины в составе образующегося зародыша перлитной колонии и последующем ее росте?

При образовании ферритной пластины концентрация углерода начинает увеличиваться, так как феррит содержит углерода меньше, чем аустенит, а концентрация железа начинает уменьшаться. В определенный момент времени концентрации железа не будет хватать для образования дальнейшего феррита, а концентрация углерода будет в избытке, поэтому начнет образовываться цементитная пластина.

40. При каких концентрациях С в тонком слое аустенита, прилежащего к растущей ферритной пластине, возможен еще ее дальнейший рост? Что происходит при нарушении этого условия?

При концентрации углерода >0,8 % еще возможно образование феррита, но при достижении определенного значения концентрации становится возможным развитие цементитной пластины.

41. Что такое перлитный рост продольной колонии? Изобразите кривую распределения концентрации углерода в тонком слое аустенита перед фронтом продольно растущей перлитной колонии.

Т ак как концентрация С в аустените вблизи цементитной пластины меньше концентрации С в аустените вблизи ферритной пластины, то внутри этих микрообъемов возникают взаимодействия: С от ферритной пластины перемещается к цементитной, следовательно, концентрация С возле цементита увеличивается и способствует росту цементита, а возле феррита концентрация углерода уменьшается, концентрация Fe увеличивается, следовательно растет ферритная пластина.

42. Основываясь на кривой распределения концентрации С в аустените перед фронтом продольно растущей перлитной колонии, укажите, какие диффузионные процессы в аустените обеспечивают этот рост.

Гомогенизирующая диффузия и выравнивающая диффузия между границами А-Ф и А-Ц (выравнивание концентрации углерода).

43. Что такое «межпластинчатое расстояние» в перлитной колонии? Как оно влияет, на св-ва стали?

Межпластинчатое расстояние – суммарная толщина единичной ячейки, включающей ферритную и цементитную пластинки. Является основной структурной хар-ой пластинчатого перлита.

Чем меньше межпластинчатое расстояние, тем прочнее структура стали.

44. От чего зависит межпластиночное расстояние в перлитной колонии? Какие диффузионные процессы опр-ют эту величину?

При больших степенях переохлаждения получается тонкие ф и ц пластины, а при малых – толстые. Гомогенизирующая диффузия и обменная диффузия – эти процессы определяют межпластиночное расстояние.

48. Охарактеризуйте структуру пластинчатого перлита, сорбита и троостита, их строение, св-ва, условия наблюдения в микроскопе, технологические условия получения.

Межпластинчатое расстояние у перлита больше, чем у сорбита и троостита. Менее дисперсная структура у перлита и более дисперсная структура у троостита. Наибольшей прочностью и низкой пластичностью обладает троостит. Наибольшей пластичностью и низкой прочностью из этих трех структур обладает перлит. Структура перлита (феррит + цементит) получается при охл-ии сплава с печью, структура сорбита – на воздухе и структура троостита – в масле.

51. Что такое квазиэвтектоид? Почему он образуется? Каковы особенности его строения для доэвтектоидной и заэвтектоидной стали?

Квазиэвтектоид – эвтектоид с повышенным против равновесной концентрации эвтектоидной точки содержанием Fe.

При непрерывном охл-ии избыточный феррит начинает образовываться при переохлаждении аустенита ниже точки Ас3 и расти до температур ниже Ас1. При росте феррита, углерод накапливается в аустените перед границей превращения. При t-ре ниже Ас1 зарождается перлитная колония (здесь участки аустенита обогащены углеродом). В перлите, который образовался из аустенита, доля ферритных промежутков увеличена. В заэвтектоидных сталях в состав эвтектоида входит избыточное кол-во вторичного цементита, а также цементитные пластины, окруженные аустенитом.

52. При металлографическом исследовании структуры стали 45 после горячей деформации обнаружено крупнозернистое строение, включающее грубые включения избыточного феррита и до 55% по площади шлифа крупных хорошо разрешаемых колоний пластинчатого перлита. Укажите, в результате чего образовалась такая структура доэвтектойдной стали и как исправить такую структуру стали.

Крупнозернистое строение доэвтектоидной стали (сталь 45) включающие грубые включения избыточного феррита, свидетельствует о перегреве стали при предшествующей технологической операции (ОМД или Т.О.). Грубые, хорошо различающиеся колонии пластин перлита свидетельствуют о медленном охл-ии с t-р перегрева. Все это хар-ет один из видов исправляемого брака структур доэвтектоидной стали. Путь исправления структурного состояния такой стали – правильно назначенная технология отжига 2-ого рода.

54. При металлографическом исследовании структуры стали У12 обнаружена тонкая светлая сетка по границам зерен. Сами зерна имеют хорошо разрешаемое при микроструктурном исследовании пластинчатое колониальное строение. Охарактеризовать эту структуру стали, указать, как наз-ся структурный дефект в такой структуре, почему и в каких условиях он образуется и как его устранить.

Структура стали У12: пластинчатые зерна колониального строения – пластинчатый перлит, светлая сетка по границам зерен – вторичный цементит. Дефект – цементитная сетка. Образуется при достаточно высоком содержании С в твердом растворе в зоне (А+Ц), выделение избыточного цементита происходит по границам зерен образуя цементитную сетку.

Устранение путем повторной закалки или нормализацией.

55. Потребитель установил требования к заэвтектоидной стали У12 в технических условиях на поставку, согласно которым в структуре стали должно быть получено 100% зернистого перлита. Укажите, как можно получить такую структуру в стали и каким образом в этой связи можно исключить образование избыточных выделений вторичного цементита.

Чтобы получить 100% зернистый перлит необходимо использовать циклический сфероидизирующий отжиг. Сталь надо нагреть до t-р на 10-15 ^oС выше Ас1, провести кратковременную выдержку, затем охладить до t-ры на 10-15 ^oС выше Ас, провести выдержку той же длительности, затем вновь нагревают для следующего цикла. Обычно делают три цикла. При этом уменьшается степень неоднородности структуры. Так как время ограничено, то это исключает растворение цементита на плоской поверхности. При каждом охл-ии происходит активное выделение цементита за счет эвтектоидного распада.

56. В результате неполного отжига заэвтектоидной стали У12А не удалось полностью заменить пластинчатый перлит на зернистый. Кроме того, в структуре при металлографическом исследовании обнаруживается «цементитная сетка». Укажите, как такие структурные дефекты влияют на св-ва стали и какие виды Т.О. можно применить для их устранения и получения во всем объеме 100% зернистого перлита. Как при этом изменятся св-ва стали (прочностные и пластические)?

Причинами являются неоднородность по составу и размер квазиэвтектоидных структур. Устранить данные дефекты можно, проведя циклический сфероидизирующий отжиг (3 цикла), (происходит активное выделение цементита), нормализацию с последующим неполным или циклическим сфероидизирующим отжигом (устраняется цементитная сетка). При этом произойдет повышение пластичности, технологичности при ОМД и при окончательной термообработке.