- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
2.2.1 Образование аустенита при нагревании
Процесс образования аустенита при нагревании углеродистой стали состоит из полиморфного превращения a ® g и растворения в аустените цементита.
При нагревании эвтектоидной стали с исходной перлитной структурой выше АС1 происходит образование зародышей аустенита на базе фазовых флуктуаций на межфазных поверхностях между ферритом и цементитом. Последующий рост зародышей происходит за счет разной концентрации углерода на границах «цементит-аустенит» и «феррит - аустенит», в результате чего наблюдается диффузионный перенос углерода от первой границы ко второй и растворение цементита для восстановления равновесия. После полного растворения цементита аустенит является неоднородным и нужна некоторая выдержка для достижения его однородности (гомогенизации).
Поскольку граница между составляющими перлита (ферритом и цементитом) очень распространена, то превращение начинаются с образования большого количества малых зерен. Размер этих зерен характеризует величину начального зерна аустенита (рис. 9).
При повышении температуры зерна аустенита начинают расти и в зависимости от кинетики этого процесса различают два типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Первый тип сталей характеризуется малой склонностью, а второй - повышенной склонностью к росту зерна. Таким образом, наследственная зернистость характеризует склонность аустенитного зерна к росту.
Наследственная зернистость зависит от наличия нерастворенных в аустените дисперсных карбидов, окислов и нитридов, которые размещаются по границам зерен и оказывают барьерное действие при росте зерна. Это обусловливает влияние раскисления стали и её химического состава. Спокойные стали, раскисленные при выплавке алюминием, ванадием, титаном, являются наследственно мелкозернистыми. Карбидо- и нитридообразующие элементы (Cr, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr) задерживают рост зерна аустенита, причем, чем более стойкие к растворению при нагревании образуются фазы, тем сильнее эффект.
Рисунок 9 - Рост зерна аустенита при повышении температуры для крупнозернистых (К) и мелкозернистых (М) сталей
Кипящие стали, раскисленные при выплавке только марганцем, являются наследственно крупнозернистыми. Из легирующих элементов увеличивают склонность к росту зерна марганец и бор.
После растворения барьеров, которые сдерживают рост зерна в наследственно мелкозернистой стали, оно начинает быстро расти. При нагревании выше 950-1000°С размер зерен в наследственно мелкозернистой стали может быть даже больше, чем в наследственно крупнозернистой стали при этой температуре.
Зерно аустенита, полученного в стали в результате термической обработки, называется действительным и его размер зависит от температуры и длительности выдержке при нагревании.
На свойства стали влияет только действительный размер зерна. Наследственный размер зерна на свойства не влияет. От величины зерна почти не зависят статические характеристики (НВ, sВ, s0,2, ), но сильно снижается при его увеличении ударная вязкость и повышается порог хладноломкости.
Превращение перлита в аустенит может происходить в полном соответствии с диаграммой состояния „железо-цементит" лишь при условии очень медленного нагревания. В реальных условиях превращение проходит при температурах выше, чем А1, и чем быстрее происходит нагревание, тем интенсивнее и при более высокой температуре оно происходит. Процесс превращения перлита в аустенит ускоряется также при повышении содержания углерода в стали и увеличении дисперсности участков перлита.
Приведенные положения касаются только эвтектоидной стали, а доэвтектоидные и заэвтектоидные стали будут иметь структуру однородного аустенита лишь при нагревании выше линии, соответственно, АС3 и Асm.