Кумертауский филиал Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет»

Кафедра ТПЛА

Лабораторная работа № 4

Микроструктурный анализ доэвтектоидной стали

после термической обработки.

Выполнил: ст.группы КТО-228д

Осотов В.С.

Проверил: Доцент

Самоделкин В.П.

Кумертау

2013г.

Микроструктурный анализ доэвтектоидной стали

после термической обработки, сопровождающей фазовыми процессами

1. Цель работы

1. Установить особенности строения, которые придают углеродистой доэвлектоидной стали наиболее распространенные виды термической обработки, сопровождающейся фазовыми привращеними.

2. Установить изменения в строении стали, вызванные нарушениями оптимальных режимов обработки.

2.Теоретическая часть

0. 2.1 Особенности процессов структур образования при термической обработке стали, основанной на фазовых превращениях

Основными видами термообработки сталей являются отжиг, нормализация и закалка с последующим отпуском. Во всех перечисленных обработках структура, придающая стали требуемые свойства, формируется в результате фазовых превращений, которые претерпевают стали при нагреве и охлаждению Нагревают стали с целью перевода их в состояние Аустенита (А), а охлаждают для получения такой окончательной структуры, образованной продуктами распада аустенита, которая придает стали требуемые свойства.

Таким образом, структура стали при термообработке формируется в результате двукратной перекристаллизации: во время нагрева и при последующем охлаждении. Основное влияние на строение термообработанной стали оказывают температуры фазовых превращений при нагреве и при охлаждении и соответствующие им степени перегрева и переохлаждения. Сказываются на строении также температура нагрева и время выдержки при ней. Последовательность изменения строения доэвлектоидной стали в ходе всего цикла обработки можно описать с помощью диаграмм изотермических превращений с наложенными на них термограммами-кривая нагрева и охлаждения

2.2. Формирование структуры стали при нагреве (аустенизации)

У доэвлектоидной стали I(см. рис. 3-1), имеющей исходную феррито (Ф) – Перлитную (П) структруру, при нагреве с пониженной скоростью (согласно термограммеoabcdeна рис. 3-2) превращение ПА начинается при температуреAc_I выше температуры трехфазного эвлектоидного равновесия (А_I )cнезначительной степень. Перегреваt_m=Ac₁-A₁ . Ас1 на термограмме соответствует точка «а».

Завершится превращение П-А в точке «в» в момент исчезновения цементитной составляющей перлита. Несколько раньше исчезнет ферритная составляющая перлита (по линии 2). Последнее обусловлено более быстрым ростом кристаллов аустенита, зарождающихся на межфазной границе Ф/Ц, в сторону ферритных частиц. Увеличение скорости нагрева (термограммаoa’b’c’d’e’) приводит к повышению температурыAc1, увеличению степени перегреваtн и к сокращению времени превращения (согласно уменьшению проекции участков термограммыa’b’ на ось времени). Окончание перехода стали в состояние аустенита, что соответствует моменту исчезновения структурно свободного феррита (критическая точкаAc3), отмечено на термограммах точкамиCиC’. При этом аустенит еще неоднороден В тех местах, где находился перлит, концентрация углерода оказывается повышенной. При дальнейшем нагреве происходит выравнивание состава аустенита, которое успевает завершится во время выдержки ( на участкеdeтермограммы). При ускоренном нагреве с недостаточной выдержкой выравнивание состава не происходит, начало охлаждения- в точкеe’ располагается левее линии 6. С повышением температуры превращениеAc3 будут сильно расти скорость зарождения центров кристаллизацииnи линейная скорость роста кристаллов аустенитаC, что приводит к измельчению структуры аустенита. Нагрев вышеAc3 и выдержка при заданной температуре сопровождаются не только выравниванием химического состава аустенита, но и ростом его зерен, протекающим по-разному в зависимости от наследственной зернистой стали.

Рис 3-1 Рис 3-2

Нижняя часть диаграммы состояния

Fe-Cсо стороныFe

3. Формирование структуры стали при охлаждении после аустенизации

Охлаждение стали после аустенизации, описываемое, например, термограммой efghjна рис.3-3, сопровождается распадом аустенита. Ниже температурыA3 , соответствующей линииYS.

3-3 Схема диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита в доэвлектоидной стали. Линии- Геометрические места точек:

7- начала образования структурно-свободного феррита; 8,9- начала и конца превращения аустенита в феррито-цементитнуюсмесь

5- окончание превращения структурно свободного феррита в аустените;

6- окончание выравнивания состава аустенита; КН- кривые нагрева; Jн,Jв- время нагрева и выдержки. диаграммы состояния (рис. 3-1), при температуреAr3 (точкаf) и степени переохлажденияt=A3-Ar3, начнется фазовое превращение- образование структурно свободного феррита. Превращение происходит гетерогенно, согласно чему феррит кристаллизуется преимущественно на границах зерен аустенита. По мере выделения феррита, в котором содержится углерода не может превышать 0,02%, оставшийся аустенит обогащается углеродом и конечном итоге его содержание достигает концентрации, соответствующей точкеg, лежащей на линииES– продолжение линии сольвусES(рис. 3-1). Последний и его продолжениеE’Sопределяют концентрации насыщения аустенита углеродом.

При температуре, до которой охладится сталь в момент достижения аустенитом концентрации, несколько превышающей предельную растворимость углерода, начнется, наряду с выделением феррита, кристаллизации цементита. Одновременность пресыщения аустенита по отношению обеих фаз приводит при охлаждении к кристаллизации их смеси, именуемой «квазиэвлектоидом» (в отличие от «эвлектоида» - феррито- цементитной смеси, образующейся при распаде аустенита состава точки S-0.8%С). Температура начала кристаллизации квазиэвлектоида и эвлектоида обозначаетсяAr1, ей соответствует точкаg(рис. 3-3).

С начала кристаллизации квазиэвлектоида подавляется выделение структурно свободного феррита, что обусловлено кинетическими преимуществами –значительно большей скорости роста колоний(зерен) феррито- цементитной смеси по сравнению со скоростью роста изолированных друг от друга частиц феррита и цементита.