25)Перлитное превращение в стали. Механизм перлитного превращения, строение и свойства продуктов превращения.

Перлитное превращение аустенита происходит при фазовом превращении гамма-железа – аустенита в альфа-железо – феррит. Однако превращение гранецентрированной решетки аустенита в объемноцентрированную решетку феррита не может произойти немедленно из-за присутствия в аустените растворенного углерода. Аустенитная атомная решетка имеет достаточно места для чтобы принять углерод в центре своей атомной ячейки. У объемноцентрированной решетки феррита такого места нет – там уже «сидит» атом железа. По этой причине при переходе аустенита в феррит растворимость углерода в железе резко снижается.

Механизмы перлитного превращения

В ходе превращения гамма-железа в альфа-железо почти весь углерод выделяется из аустенитной решетки. Согласно метастабильной диаграмме состояния железо-углерод почти весь углерод при этом выделяется в виде карбида железа (цементита). Это перлитное превращение аустенита может быть расписано в виде трех взаимосвязанных процессов:

• Превращение гамма-решетки железа в альфа-решетку.

• Выделение углерода в виде карбида железа (цементита).

• Коагуляция карбидов.

При температуре точки А1 первые два процесса проходят почти одновременно с формированием пластинчатой смеси феррита и цементита.

Перлитное превращение аустенита как диффузионная кристаллизация

Атомы растворенного углерода размещаются по решетке случайным образом. Поэтому цементит зарождается в областях богатых углеродом, а феррит – в областях обедненных углеродом, которые имеют мало углерода или не имеют его совсем. Такое перераспределение углерода реализуется через диффузию и зависит от температуры и времени.

Скорость диффузии углерода в решетке гамма- и альфа-железа очень быстро снижается с уменьшением температуры. Поэтому при достаточно высокой скорости охлаждения достигается такая степень переохлаждения аустенита, что образование перлита – сугубо диффузионного процесса — становится невозможным. 

Три типа превращения аустенита

При относительно низких температурах механизм превращения и характер формируемой структуры зависят только от температуры, при которой это превращение происходит. В зависимости от степени переохлаждения выделяют три температурных интервала:

• перлитный интервал;

• промежуточный интервал;

• мартенситный интервал.

Переход от одного механизма превращения аустенита к другому происходит плавно и непрерывно. Эти процессы сильно зависят от содержания легирующих элементов, особенно углерода. Они могут начинаться по самому быстрому механизму, а заканчиваться самым медленным.

Для перлитного превращения характерно одновременное формирование смеси чередующихся пластин феррита и цементита — перлитной структуры. При этом по границам аустенитных зерен может выделяться свободный феррит и цементит. Формирование и рост обеих фаз контролируются в основном диффузией углерода – поэтому этот процесс называют  диффузионной кристаллизацией. Диффузия железа и легирующих элементов также играют значительную роль. Со снижением температуры происходит увеличение дисперсности структуры, а время, необходимое для завершения  диффузионной кристаллизации феррита и карбида увеличивается.

26) Цементация стали. Методы цементации. Термическая обработка после цементации. Строение и свойства цементованного слоя. Стали для цементации Цементация — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности в сочетании с вязкой сердцевиной. Для этого поверхностный слой обогащают углеродом до концентрации 0,8—1,0 % и проводят закалку с низким отпуском. Цементацию проводят при температурах 920—950°С, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах. Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,1—0,3 % С), поэтому сердцевина стального изделия сохраняет вязкость. Толщина (глубина) цементированного слоя составляет 0,5—2,5 мм.

Структура слоя после цементации обычно получается крупнозернистой, так как выдержку проводят при высокой температуре. Для исправления структуры, измельчения зерна и повышения комплекса механических свойств поверхностного слоя проводят термообработку: закалку (820-850°С) и низкий отпуск (150-170°С).

После термической обработки структура поверхностного слоя представляет собой мартенсит или мартенсит с небольшим количеством карбидов (твердость HRC 60—64). Структура сердцевины деталей из углеродистых сталей — феррит и перлит; из легированных сталей — низкоуглеродистый мартенсит, троостит или сорбит (твердость HRC 20—40) в зависимости от марки стали и размеров изделия.

Науглероживающей средой при цементации служат: — твердые карбюризаторы (науглероживающие вещества), в качестве которых применяют смесь древесного угля с углекислым барием, кальцием и натрием; — жидкие соляные ванны, в состав которых входят поваренная соль, углекислый натрий, цианистый натрий и хлористый барий; — газы, содержащие углерод (природный, светильный и др.). Газовая цементация является основным процессом для массового производства.

Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших давлениях и циклических нагрузках, например, шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др.