УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БАРАНОВИЧСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ОБЩЕНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

для обеспечения

контролируемой самостоятельной работы студентов (КСР)

по учебной дисциплине «Материаловедение. Технологии

конструкционных материалов»

Для специальности

1-74 06 01 «Техническое обеспечение

процессов сельскохозяйственного

производства»

1-й курс

Всего КСР — 2 часа, 2 семестр Материалы подготовлены

Лекция — 2 часа Лещиловской Г.И., преподавателем

кафедры

(в соответствии с Положением о

контролируемой самостоятельной работе

студентов БарГУ, утвержденным

18.08.2009 № 341)

Барановичи 2011

СоДЕРЖАниЕ

1. Основы теории термической обработки (2 часа).

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ТЕМА: Основы теории термической обработки

Цель КСР:

– овладение учебным материалом дисциплины в объеме, требуемом учебной программой;

– формирование навыков самообразования в учебной, научной, производственной и управленческой деятельности;

– развитие учебных способностей, умений, навыков и принятия самостоятельных решений в профессиональной деятельности.

Вопросы для изучения:

1. Основы теории термической обработки стали.

2. Образование аустенита при нагреве стали.

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита.

4. Превращения переохлажденного аустенита.

5. Перлитное, мартенситное и промежуточное превращения в стали.

6. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении, превращение при отпуске закаленной стали.

Методические указания:

1. Изучите предлагаемые вопросы по литературным источникам и лекции;

2. Составьте краткий конспект;

3. Ответьте на вопросы для самоконтроля.

Тема: Теория термической обработки стали

Термической обработкой называются процессы теплового воздействия по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава.

Основными факторами термической обработки являются температура и время, т. е. время (скорость) и температура нагрева, время (продолжительность) выдержки и время (скорость) охлаждения.

Превращение в стали при нагреве. Образование аустенита

Рисунок 1 — Нижняя левая часть диаграммы состояния Fe – Fe₃C

При нагреве в сталях с исходной равновесной структурой: Ф + П; П; П + Ц_II происходят следующие превращения. При достижении температуры критической точки в сталях происходит превращение перлита в аустенит.

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается по завершении превращения перлита в аустенит. В доэвтектоидных сталях после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняется феррит, в заэвтектоидных — цементит. При нагреве до температуры критической точки (линия GS) в доэвтектоидных сталях происходит растворение избыточного феррита в аустените, а в заэвтектоидных сталях при нагреве до температуры (линия SE) — растворение избыточного цементита в аустените. Оба процесса сопровождаются диффузией углерода.

В действительности превращение перлита в аустенит (а также и обратное превращение аустенита в перлит) не может происходить при 727^оС. Для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть выше равновесной температуры (727^оС), т. е. должен быть перенагрев, для превращения аустенита в перлит ― переохлаждение.

Процесс превращения перлита в аустенит в эвтектоидной стали при нагреве происходит следующим образом. Исходное состояние стали представляет собой смесь двух фаз: феррита и цементита. При переходе через критическую точку на границе ферритной и цементитной фаз начинается образование мелких зерен аустенита (рис. 2, а), в которых растворяется цементит. Затем образовавшиеся зерна растут, зарождаются новые мелкие зерна аустенита (рис. 2, б, в) и продолжается растворение цементита. Процесс заканчивается заполнением объема бывшего перлитного зерна зернами аустенита (рис. 2, г).

Рисунок 2 — Схема образования аустенитных зерен

Таким образом, превращение перлита в аустенит является процессом кристаллизационного типа и носит диффузный характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода.

Образующиеся при нагреве выше критической точки из зерен перлита зерна аустенита получаются мелкими и называются начальными зернами аустенита. При повышении температуры происходит рост зерен аустенита и тем в большей степени, чем выше температура нагрева. Склонность аустенитного зерна к росту при повышении температуры у сталей различная и называется наследственной зернистостью.

Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали. Стали, раскисленные в процессе выплавки кремнием (ферросилицием) и марганцем (ферромарганцем), обладают склонностью к непрерывному росту зерна с повышением температуры. Такие стали называют наследственно крупнозернистыми. Стали, раскисленные в процессе выплавки дополнительно алюминием, ванадием или титаном, не обнаруживают роста зерна при нагреве до значительно более высоких температур (900—950^оС). Такие стали называют наследственно мелкозернистыми.

Размер зерна, полученный в результате термической обработки, называется действительным зерном стали.

От величины зерна аустенита, образующегося при нагреве, зависит величина зерна продуктов распада аустенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада аустенита получаются мелкими.

Таким образом, различают:

– начальное зерно — размер зерна аустенита в момент окончания перлито-аустенитного превращения;

– наследственное зерно — склонность аустенитных зерен к росту;

– действительное зерно — размер зерна аустенита в данных конкретных условиях.

Распад аустенита (диаграмма изотермического превращения аустенита)

Распад аустенита может происходить при температурах ниже критической точки (727^°С), когда свободная энергия переохлажденного аустенита выше свободной энергии продуктов его превращения. Из этого следует, что для распада аустенита должно быть его переохлаждение. От температуры, при которой происходит распад аустенита, зависит скорость превращения и строение продуктов распада аустенита. Закономерности этого процесса представляют графически в виде диаграмм в координатах «температура превращения — время» (рис. 3).

Рисунок 3 — Схема построения диаграммы изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали

Диаграммы получают экспериментально.

Результаты исследования при постоянной температуре характеризуют кривые, показывающие количество распавшегося аустенита в зависимости от времени, прошедшего с момента начала распада. Построение таких кривых после охлаждения до разных температур позволяет получить диаграмму изотермического превращения аустенита, которая представляет собой С-кривые (рис. 4).

Рисунок 4 — Диаграмма изотермического превращения

аустенита эвтектоидной стали

Левая кривая характеризует начало распада, а правая — окончание распада аустенита. В области диаграммы, расположенной левее лини начала распада аустенита, существует переохлажденный аустенит, не претерпевающий заметного распада. Между левой и правой линиями — область, в которой происходит превращение, правее правой линии — область, в которой существуют продукты превращения аустенита.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную, промежуточного превращения и мартенситную. Перлитное превращение протекает в процессе отжига стали, мартенситное — при закалке стали, промежуточное превращение — при изотермической закалке.