- •15.Изменение структуры и свойств при нагреве деформированного металла
- •16. Основные типы фаз в металлических сплавах. Твердые растворы, химические соединения, промежуточные фазы.
- •17. Диаграммы состояния. Компонент, фаза, структурная составляющая. Правило фаз Гиббса.
- •18. Основные типы диаграмм состояния. Расчет соотношения фаз и структурных составляющих. Правило отрезков.
- •19. Железо, аллотропические модификации железа.
- •20. Строение и свойства фаз и структурных составляющих в сплавах железо-углерод.
- •21. Метастабильная диаграмма Fe-Fe3c и стабильная Fe-c
- •22. Стали. Формирование структуры сталей. Равновесные структуры.
- •23. Эвтектоидный распад. Перлит. Классификация сталей по структуре.
- •24. Белые чугуны. Формирование структуры белых чугунов.
- •25. Классификация чугунов. Условия образования серого чугуна, высокопрочного чугуна, их маркировка, применение.
- •Маркировка чугунов.
- •26. Углеродистые стали. Влияние содержания углерода и постоянных примесей на структуру и свойства углеродистых сталей.
- •27. Влияние химического состава и условий затвердевания на структуру чугуна. Серые литейные чугуны, их структура и свойства.
- •28. Классификация видов термической обработки. Теоретические основы термической обработки. Четыре основных превращения в стали.
28. Классификация видов термической обработки. Теоретические основы термической обработки. Четыре основных превращения в стали.
Классификация видов термической обработки:
-
Отжиг первого рода – нагрев металла для устранения неустойчивого состояния (наклепа), возникающего вследствие предварительной обработки методами холодной пластической деформации.
-
Отжиг второго рода – нагрев металла выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения устойчивого состояния.
-
Закалка – нагрев выше температуры превращения с последующим быстрым охлаждением. Закалку, фиксирующую при обычных температурах высокотемпературное состояние твердого раствора, называют истинной.
-
Отпуск – нагрев закаленных сплавов ниже температуры превращения с последующими выдержкой и охлаждением для получения устойчивого состояния. Отпуск, протекающий в период выдержки при обычных температурах, называют старением. Закалку с высокотемпературным отпуском называют улучшением.
Для получения мелкозернистой структуры, устранения химической и структурной неоднородности, уменьшения внутренних напряжений, понижения твердости стали, для облегчения механической обработки производят отжиг или нормализацию.
Термической обработкой называют технологические, процессы теплового воздействия, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава. Любой процесс термической обработки может быть описан графиком в координатах температура - время. Параметрами процесса термической обработки являются tmax сплава; время выдержки сплава при температуре нагрева; скорость нагрева и охлаждения.
График термической обработки
Термическая обработка изменяет в нужном направлении прочностные, пластические и другие свойства материала изделий.
В основе теории термической обработки лежат фазовые и структурные превращения, протекающие при нагреве и охлаждении металлов и сплавов. Эти превращения характеризуются определенными критическими точками. При медленном нагреве от комнатной температуры до 727°С в сплаве I фазовых изменений не происходит (рис. 31). При температуре 727°С перлит превращается в аустенит (точка а). Точку а на диаграмме называют нижней критической точкой и обозначают Ac1 (при охлаждении – Аг1). Буквы с и г указывают на то, что превращение происходит соответственно при нагреве или охлаждении стали, а индекс единица внизу этих букв - на точки, образующие линию PSK. При дальнейшем нагреве сплава I зерна феррита растворяются в аустените.
Растворение аустенита заканчивается в точке а, (линия GS), которую называют верхней критической точкой и обозначают при нагреве Ас3 , охлаждении Аг3.
Если нагревать эвтектоидный сплав II, то перлит в точке S (линия PSK) при 727°С превращается в аустенит. Критические точки Ac1 и Ас3 при этом совпадают. Перлит сплава III при 727°С превращается в аустенит (точка b). Дальнейший нагрев сплава III вызывает растворение цементита (вторичного) в аустените. В точке b1, лежащей на линии SE, процесс растворения заканчивается. Эту точку обозначают Аcm.
Таким образом, на диаграмме железо-цементит критические точки, образующие линию PSK, обозначают Ас1 (при нагреве) и Аг1 (при охлаждении), точки по линии GS - Ac3 и Аг3 , по линии SE - Аcm.
Рис. 31. «Стальной» участок диаграммы состояния железо-цементит: I - доэвтектоидная сталь, II - эвтектоидная сталь, III - заэвтектоидная сталь
Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии.
Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенита (FA), мартенсита (FM), перлита (FП)
1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.
2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А1, минимальной свободной энергией обладает перлит:
3. Превращение аустенита в мартенсит, происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия
4. Превращение мартенсита в перлит ; – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.