
- •Учебное пособие
- •Введение
- •1. Кристаллическое строение металло в
- •2. Кристаллизация металло в и строение металлическо - го слитка
- •3. Фазы в металлических сплавах
- •4. Диаграммы фазового равновесия двойных систем (диаграммы состояния)
- •5. Деформация и разрушение металло в
- •6. Механические свойства металлов
- •7. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •8. Д иаграмма состояния железо-углерод (метастабильная д иаграмма)
- •9. Легирующие элементы в сплавах железо-углерод
- •10. Стабильная д иаграмма состояния железо-углерод (графит)
- •11. Чугуны
- •12. Фазовые превращения в сплавах железо-углерод (тео рия термическо й обработки)
- •2. Превращение пер еохл аж д енного ауст енит а
- •1 3. Превращение при непрерывном охлаждении
- •14. Техно ло г ия термическо й обработки металлов и сплавов
- •15. Список литера туры
2. Превращение пер еохл аж д енного ауст енит а
(ДИАГРАММА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РАСПАД А
ПЕРЕОХЛ АЖ Д ЕННОГО АУСТ ЕНИТ А)
Переохлаждение стали со структурой аустенит, полученной в р ез у л ьта те
аустенизации ниже точк и Аr1, приводит аустенит в метастабильное состояние и
он претерпевает превращение.
Кинетика превращения описывается диаграммой изотермического превращения (распада) аустенита, которая строится экспериментально в координата х t0 – время.
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ
На г р е в образцов до температур стабильной аустенита (выше критической то ч к и) и быстрое охлаждение до температур ниже А1, например 7000, 6000, 5000, 4000 и т.д.
Вы д е р ж к а при этих температурах до полного распада аустенита (фиксируют изменение какого-нибудь свойства, например магнитных характеристик: аустенит парамагнитен, а продукты его превращения ферромагнитны).
Построение кинетической кривой распада при заданной температуре.
период пре-
ОА – инкубационный вращения;
ау-
b – время конца превращения аусте-нита.
►
Схема построения диаграммы
Вр е м я начала превращения (то ч к и а1, а2, а3,…) и конца превращения (то ч к и b1, b2, b3,…) отнес ены к те м -пературе превращения (t1, t2, t3,…) и одноименные то ч к и соединены между собой.
61
>
Диаграмма изотермического распада показывает превращение переохлажденного аустенита, протекающее при постоянной тем пе-ратуре в течение определенного времени. На рис. 8,а приведена диаграмма эвтектоидной стали.
При изотермическом превращении в до- и заэвтектических сталях в верхнем интервале температур сначала выделяются избыточные фазы – феррит (доэвтектоидная) и цементит (заэвтектоидная) сталь. На диаграмме отмечается дополнительная кривая (б).
П ерлитное превращение протекает в интервале те м пе ратур от то ч к и А1 до изгиба из о -те р м и ч е с к о й диаграммы (~5500С), происходит диффузионный распад аустенита с образованием перлитных струк-ту р – перлит, сорбит, троостит.
Бейнитное (промежу- то ч н о е ) превращение протекает при тем пе р а - турах от ~5500С до то ч к и Мн. Пр е в р ащ е - ние имеет ряд особен ностей, присущих как перлитному, так и мар- тенситному превраще ниям. Образуется структура - бейнит.
е-
вращение – протекает в интервале те м -ператур (Мн-Мк). Аустенит бездиффу-зионно превращается в мартенсит, и остается некоторое количество аустенита не-превращенного.
62
ПЕРЛ ИТ НОЕ ПР ЕВР АЩЕНИЕ
Перлитное превращение связано с перераспределением углерода в ау-стените и полиморфным н-^ос превращением, что приводит к образованию феррито-цементишой смеси - перлита. Превращение имеет диффузионный механизм.
Ао;8о/(С -> Фо;02о/„ + Fe3C6j67o/o
МЕХАНИЗМ ПРЕВРАЩЕНИЯ
межпластинчатое
расстояние
в
- обеднение прилегающих к зародышу участков аустенита углерода за счет роста частиц карбида.
полиморфное у^ос превращение в участках аустенита, обедненных углеродом. Кристаллы феррита зарождаются на границе аустенит
цементит.
- рост плас тинок феррита и о тте с -нение атомов углерода в соседние объемы аустенита.
- образование флуктуаций углерода в этих объемах аустенита. Созданы условия для образования новых зародышей Fe3C.
Температура превращения (степень переохлаждения относительно Ar1) влияет на структуру и свойства.
Л
^превращ., °С |
|
Аr1 – |
650 |
650 |
■590 |
580 |
■550 |
СТРУКТУРА
перлит
сорбит
троостит
мкм
0,6 - 1,0
0,25 - 0,30
0,1 - 0,15
НВ, МПа
1800 - 2500
2500 - 3500
3500 - 4500
63
М ар тенс ит – пе р ес ыщ енный упо р ядо ч енный т в е р д ы й раствор в недр ения углерода в решетке α-железа. С о д е р ж а ние углерода в мартенсите может быть т а к и м же, как в и с х о д н о м ау с тените (рас творимос ть углерода в Feα п р и 200 ~ 0, 008%). А0,8%С → М0,8%С (не т перерас пределения углерода между фазами). Т емпературный инте р в а л пр е в р а щ е ния – Мн–Мк .
механизм превращения - сдвиговой процесс, который осуществляется кооперативным, направленным смещением атомов на расстояния меньше межатомного, что приводит к перестройке у-^ос решетки. Отсутствие диффузии углерода приводит к образованию тетрагонального искажения решетки (с/а Ф1).
с/а = 1 + 0,046С
кинетика превращения - мартенс итное п р е в р а щ е н и е протек ае т пр и не пр е р ы в но м охлаждении в инте р -вале те м пе р а ту р М н – М к . Рас тущие крис таллы к о г е р е н тн о связаны с ау с те-нито м . Т ипич на я форма кристаллов – пл ас тина ил и л инз а . Пр ев р ащ е ние не и д е т до к о н ц а , о с таетс я некоторое ко-личес тво Аост.
кривая мартен ситн ого превращен ия
64
Р азличают два основных морфологических типа мартенситных кристаллов
М ар тенс ит пл ас тинч атый (д в о йник о -вый). Образуетс я в выс окоуглероди-стых сталях ( > 0, 8 % С). Точка Мн низ к ая.
схема структуры Крис таллы М им е ют л инз о в ид ную форму, не параллельны, образуют сложные пр о с тр анс тв е нные г р у ппы.
Мартенсит реечный (пакетный). Образуется в сталях с содержанием углерода до 0,5 % Мн лежит при высоких температурах.
Схема структуры Кристаллы М имеют форму тонких (0,1 – 0,2 мкм) плас тин (реек), группа пластин образует пакет.
Кг »
микроструктура
В
структуре сталей с содержанием углерода
от 0,5 % - до 0,8 % присутст-
вуют оба типа мартенсита.
65
66
С ТРУКТУРА БЕЙНИТ
В рез ультате промежуточного превращения образуется бейнит – структура, состоящая из α-тв ер до г о раствора, претерпевшего мартенситное превращение и несколько пересыщенного углеродом и частиц карбида. Различают структуру: верхнего и нижнего бейнита.
В
ерхний
бейнит
Образуется при 500 – 3500С, имеет вид "резаной соломы". Цементитные частицы в виде обособленных узких пластинок.
схема структуры
Пониженная прочность в сочетании с невысокой пластичностью.
Нижний бейнит
структуры
схема
микроструктура, х 1000
67
Легирующие элементы существенно влияют на скорость превращения аустенита при охлаждении.
Л егирующие элементы не меняют механизм перлитного и бейнитно-го превращений, сдвигают диаграмму изотермического распада аустенита вправо (за исключением Со). Пр и легировании карби-дообразующими элементами может меняться вид диаграммы. Это приводит к увеличению устойчивости переохлажденного аустени-та и снижению Vкр .
Кривые критических скоростей закалки
уг леродистой (1) и легированной (2)
сталей
Vкр
дает
возможность
закалки в масле, что с нижает закал напряжения, снимает коробление, поводку деталей.
Легирующие элементы не меняют механизма мартенситного превращения, но изменяют температурный интервал превращения Мн – Мк и количество аустенита остаточного в структуре (Аост).
Снижение то чек Мн, Мк ниже комнатной температуры та к ж е приводит к увеличению % Аост, что ухудшает свойства стали.
68
П
РЕВРАЩЕНИЕ
ПРИ ОТПУСКЕ
1
Нагрев закаленной стали до температур ниже АС1 называют отпуском. При отпуске происходят структурные изменения, приводящие систему в более устойчивое состояние.
(М + Аост) -> Ф + Fe3C
ДИФФУЗИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ПРЕВРАЩЕНИЯ (ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА)
1
Т0С Происходящие процессы Структура
Сегрегация углерода |
< 100 |
Образование сегрегаций (с коплений) углерода на дислокациях. |
М закалки |
I превращение при отпуске: 1 стадия 2 стадия |
< 200 200-300 |
Образование в мартенсите ε-карбида Fe2C (тонкие пла-с тинки). Уменьшение те тр а -гональнос ти мартенсита. Укрупнение плас тинок ε-карбида за счет углерода из участков пересыщенного раствора. |
Мз^Мот плотность дислокаций уменьшается, искажения решетки остаются. МотСосш р +е) % С уменьается |
II превращение при отпуске |
250-350 |
Образование Мот из Аост. |
Мот, Аост. (М, о бед ненный углеродом + Fe3C) |
III превращение при отпуске |
350-400 |
Полностью завершается процесс выделения углерода из мартенсита и образование цементита Fe3C. |
Мот → Тотп троостит отпуска - α и Fe3C зернистой формы. |
IV превращение при отпуске – коагуляция карбидов |
500-600 |
Растворение мелких и рост крупных карбидов. |
Тотп → Сотп сорбит отпуска – смесь кристаллов феррита и Fe3C, где dц~1 мкм. |
600-680 |
Укрупнение частиц карбида |
Зернистый перлит dц~3 мкм. |
69
Легирующие элементы Cr, Mo, W, V, Co, Si затрудняют распад мартенсита и сдвигают температуру распада в область более высоких температур (450-5000С), тормозят коагуляцию карбидов. Стали приобретают повышенную сопротивляемость к отпуску – теплостойкость.
Элементы, не образующие карбидов, слабо влияют на превращение при отпуске.
70