1. Начальное, наследственное и действительное зерно аустенита в стали. Рост зерна аустенита при нагреве. Влияние величины зерна на свойства. Перегрев и пережог.

Начальное зерно аустенита – это зерно, полученное при 727°С, оно всегда мелкое (рис. 32).

Рис. 32. Схема роста аустенитного зерна при нагреве: НМЗ – наследственно мелкозернистая сталь, НКЗ – наследственно крупнозернистая

При нагреве зерно растет. Действительное зерно аустенита – это зерно, полученное при данной температуре, его размер зависит от температуры нагрева, времени выдержки и наследственности стали. Стали наследственно крупнозернистые (НКЗ) при производстве раскислены марганцем. При нагреве рост зерна в них начинается сразу выше А_С1. Стали наследственно мелкозернистые (НМЗ) раскислены марганцем, кремнием и алюминием. Нитрид алюминия AlN, располагаясь по границам зёрен, тормозит их рост. При нагреве до 1000-1100˚С зерно растёт незначительно, но при более высоких температурах частицы AlN растворяются в аустените, и зерна аустенита резко растут.

При последующем охлаждении размер действительного зерна сохраняется, независимо от протекающих фазовых превращений.

Перегрев стали – это нагрев до температур, значительно превышающих температуры фазовых превращений (1000…1100˚С), в результате чего формируется крупнозернистая структура, ухудшаются механические свойства стали. Перегрев можно исправить повторным нагревом до температур, немного выше температуры фазовых превращений (Ас₃ или А_сm).

Нагрев до ещё более высоких температур в окислительной атмосфере, вызывает пережог стали. Происходит образование оксидов железа по границам зерен, резко повышается хрупкость. Пережог неисправим.

Зерно - это кристалл неправильной формы. Кристаллы могут иметь форму дендрита. Дендрит - кристалл древовидной формы. Мелкое зерно прочное, крупное зерно хрупкое.

Нормализация стали. Назначение процесса, получаемые структуры. Классы сталей после нормализации.

2. 7.2. Нормализация

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше АС3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше АСm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе (Рис.38, 40).

Рис. 40. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe3C с нанесенными температурами нагрева при нормализации

При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация, в результате охлаждения получают высокодисперсные феррито-цементитные смеси. Структуры:

доэвтектоидных сталей - С+Ф,

эвтектоидной – С,

заэвтектоидных – С+ЦII.

После нормализации сталь имеет более высокую прочность, твёрдость, сопротивление хрупкому разрушению, по сравнению с отжигом.

Цель нормализации - устранение крупнозернистой структуры, полученной при предшествующей обработке (литье, горячей прокатке, ковке или штамповке, диффузионном отжиге). Нормализацию применяют:

для низкоуглеродистых сталей - вместо отжига,

для среднеуглеродистых – вместо закалки с высоким отпуском,

для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) – для частичного устранения цементитной сетки,

для некоторых легированных сталей – вместо закалки.

7.2.1. Классификация сталей по структуре в нормализованном состоянии

Структура сталей после нормализации зависит от суммарного количества в них легирующих элементов (ƩЛЭ), которые сдвигают С-кривую вправо и снижают линии Мн и Мк (рис. 41).

а) б) в)

Рис. 41. Структурные классы сталей в нормализованном состоянии: а – перлитный, б – мартенситный, в – аустенитный

Структурные классы сталей в нормализованном состоянии:

Перлитный класс: ƩЛЭ<5%, структура – феррито-карбидные смеси, как правило сорбит пластинчатый;

Мартенситный класс: 5%<ƩЛЭ<13%, структура – мартенсит;

Аустенитный: ƩЛЭ≥13%, среди которых имеются γ-стабилизаторы структура - АЛЕГ.

Высоколегированные стали, не содержащие γ-стабилизаторов, после нормализации будут иметь ферритную или ледебуритную структуру.

{1. Перлитный класс - характерен для углеродистых сталей с суммарным содержанием легирующих элементов менее 5% (рис. 81а). Структура таких сталей после охлаждения на воздухе - фер-рито-цементитная (феррито-карбидная) смесь. Например, в доэв­тектоидных сталях - как правило, сорбит+феррит.

2. Мартенситный класс - характерен для сталей с суммар­ным содержанием легирующих элементов от 5 до 13% (рис. 816).

142

Материаловедение

Скорость охлаждения на воздухе для этих сталей больше V_Kp, что приводит к образованию структуры мартенсита.

3. Аустенитный класс - характерен для сталей с суммарным содержанием легирующих элементов, среди которых имеются у-стабилизаторы, более 13% (рис. 81 в). Для таких сталей температу­ра начала мартенситного превращения смещается в область отри­цательных температур, следовательно, аустенит не претерпевает полиморфных превращений при охлаждении. Стали, не содержа­щие Y-стабилизаторов, в этих условиях будут иметь структуру фер­рита, поскольку они, также как и стали аустенитного класса, не ис­пытывают полиморфного превращения и при любых способах охла­ждения относятся к ферритному классу. Высоколегированные стали с высоким содержанием углерода образуют карбидный (леде-буритный) класс, а стали, имеющие С-кривую с развитой бейнитной областью, - бейнитный.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали:

• для низкоуглеродистых сталей (до 0,3% С) нормализацию применяют вместо отжига. При повышении твердости этих ста­лей нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более высокой чистоты поверхности. Кроме того, нормализация является более эконо­мичной термической обработкой, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали;

• для среднеуглеродистых сталей (0,3...0,5%С) нормализа­цию применяют вместо закалки и высокого отпуска (улучшения). Механические свойства, особенно ударная вязкость, в этом случае будут ниже, но изделия будут подвержены меньшей де­формации по сравнению с получаемой при закалке, и вероят­ность появления трещин практически исключается;

• для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) сталей нор­мализацию применяют перед последующей термообработкой для устранения хрупкой цементитной сетки;

• для высоколегированных сталей нормализация может при­меняться вместо закалки, так как охлаждение таких сталей на воздухе обеспечивает получение структуры мартенсита.}

3. Бронзы литейные и деформируемые. Маркировка, состав, структура, свойства.