- •Вопрос 1. (Закономерности формирования структуры материала)
- •Понятие «структура материала». Атомно-кристаллическая структура материалов. Аморфные и кристаллические материалы. Элементарная ячейка и её характеристики.
- •Обозначение кристаллографических плоскостей и направлений. Анизотропия. Элементарная ячейка гпу. Поры в кристаллической решётке.
- •Типы кристаллов и их свойства. Металлические и ионные кристаллы. Ковалентные и молекулярные кристаллы. Полиморфизм кристаллических тел.
- •Понятия «сплав», «фаза». Виды фаз. Твердые растворы. Промежуточные фазы. Промежуточные связи с металлической связью, фазы внедрения. Анизотропия.
- •Понятия «сплав», «фаза». Виды фаз. Дефекты кристаллического строения: точечные, линейные, поверхностные, объемные.
- •Формирование структуры литых материалов. Первичная кристаллизация. Кривые охлаждения, критический размер зародыша. Ликвация.
- •Формирование структуры литых материалов. Форма и размер кристаллов. Модифицирование. Аморфное состояние материала.
- •Формирование структуры литых материалов. Размер кристаллов при литье и способы их измельчения.
- •9) Упругая и пластическая деформация. Горячая и холодная пластическая деформация. Механизмы пластической деформации.
- •Пластическая деформация монокристаллов и поликристаллов. Изменение структуры и свойств при пластической деформации.
- •Влияние нагрева на структуру и свойства пластически деформированного металла. Текстура деформации.
- •Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Компоненты диаграммы, изотермические превращения.
- •Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей. Критические точки стали. Классификация стали по равновесной структуре (после отжига).
- •Виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск. Термическая обработка сплавов, не имеющих превращений в твердом состоянии.
- •Типы выделений
- •21) Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Отжиг на зернистый перлит.
- •Термокинетическая диаграмма стали (на примере стали у8). Критическая скорость охлаждения. Закономерности формирования структуры стали при перлитном превращении.
- •Термокинетическая диаграмма стали (на примере стали у8). Критическая скорость охлаждения. Закономерности формирования структуры стали при мартенситном превращении.
- •Термокинетическая диаграмма доэвтектоидной стали (на примере стали 45). Закономерности формирования структуры стали при бейнитном превращении.
- •Особенности мартенситного превращения в сталях. Структура и свойства мартенсита, температура начала и окончания мартенситного превращения в зависимости от количества углерода в стали.
- •1. Бездиффузионный характер.
- •2. Ориентированность кристаллов мартенсита.
- •3.Очень высокая скорость роста кристалла, до 1000 м/с.
- •5. Превращение необратимое.
- •Нормализация и закалка стали. Закалочные напряжения. Способы охлаждения при закалке.
- •Отпуск стали. Виды отпуска. Изменение структуры и свойств стали при отпуске.
- •Химико-термическая обработка стали. Этапы диффузионного насыщения. Азотирование стали: газовое, ионное. Технология азотирования. Структура и свойства азотированного слоя.
- •Нитроцементация стали. Термические способы упрочнения поверхности стали: закалка с нагрева токами высокой частоты. Структура и свойства упрочнённого слоя.
Термокинетическая диаграмма стали (на примере стали у8). Критическая скорость охлаждения. Закономерности формирования структуры стали при мартенситном превращении.
При разработке технологии термической обработки изделий из углеродистых и легированных сталей необходимо иметь представление о температурных интервалах протекания фазовых превращений при непрерывном охлаждении и о проходящих при этом в стали структурных превращениях. Эти представления можно получить с помощью термокинетических диаграмм, представляющих собой диаграммы, построенные в координатах «температура — время», на которые наносятся реальные кривые охлаждения и обозначаются области перлитного, бейнитного и мартенситного превращений конкретного состава стали (рис 8.13).
Посмотрим на термокинетическую диаграмму распада переохлажденного аустенита стали У8. С-образный пупок кривой - перлитное превращение. Если образуется перлит, то уже не будет никакой закалки с образованием мартенсита. Так вот, чтобы не попасть в этот перлитный распад, нужно до примерно 400 .C охладить быстрее чем за одну секунду, даже сердцевину. Далее, до 230 .C (начало мартенситного превращения) можно охлаждать за 100 секунд и никакого распада не пройдет. Даже нужно, поскольку углеродистые стали склонны хрупко трескаться при быстром протекании мартенситного превращения. Скорость охлаждения должна быть выше критической скорости закалки, но как можно более медленная, в этом случае минимально количество дефектов, таких как поводки и закалочные трещины.
Эти диаграммы показывают, что при малых скоростях охлаждения в углеродистой стали возможен распад аустенита только с образованием ферритно-цементитной структуры различной степени дисперсности — перлита, сорбита, троостита. Промежуточного превращения в углеродистой стали не происходит. При высоких скоростях охлаждения (выше vR) аустенит претерпевает только мартенситное превращение. В легированной стали присутствует помимо перлитной также бейнитная область, причем повышение скорости охлаждения способствует образованию бейнита. Бейнитное превращение не проходит до конца и в структуре стали после охлаждения будут присутствовать бейнит, мартенсит и остаточный аустенит. Для получения чисто мартенситной структуры охлаждение стали необходимо проводить со скоростью выше критической, при которой не протекают ни перлитное, ни бейнитное превращения.
Критическая скорость охлаждения (закалки) – это минимальная скорость охлаждения, при которой предотвращается диффузионный распад переохлажденного аустенита.
Закономерности формирования структуры стали при мартенситном превращении.
МАРТЕНСИТ – структура сплавов, возникающая при их термической обработке при быстром охлаждении. В железоуглеродистых сплавах (сталях и чугунах) мартенсит возникает при содержании углерода более 0,3% при закалке в воде. Перед закалкой сталь нагревается до температур, обеспечивающих переход феррита и перлита в аустенит (выше 723° С).
У мартенсита игольчатая микроструктура, высокая твердость и прочность, низкая пластичность.
Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении. Другие процессы диффузионны, т.е. атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объем приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно, атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения составляет тысячи м/с.