- •270101 – Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций
- •Определение твердости по Бринеллю
- •Практика определения твердости по Бринеллю
- •Определение твердости по Роквеллу
- •Практика определения твердости по Роквеллу
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа №2 Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства стали
- •Пластическая деформация и рекристаллизация
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №3 Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов Компоненты и фазы в системе железо – углерод
- •Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов
- •Кристаллизация сплавов Fe-Fe3c
- •Вопросы для повторения раздела
- •Лабораторная работа №4 Изучение структуры и свойств углеродистых сталей в равновесном состоянии
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 Изучение структуры и свойств чугунов
- •Белые чугуны
- •Серые чугуны
- •Ковкие чугуны
- •Высокопрочные чугуны
- •Легированные чугуны
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 Термическая обработка углеродистых сталей
- •Основные понятия
- •Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали
- •Перлитное превращение
- •Промежуточное (бейнитное) превращение
- •Мартенситное превращение аустенита
- •Виды термической обработки
- •Отжиг стали
- •Рекрист.
- •Нормализация стали
- •Закалка стали
- •Отпуск стали
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные тесты
- •Ответы на тест
- •Библиографический список
- •270101 – Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова, 46
Перлитное превращение
В интервале температур перлитного превращения образуются пластинчатые структуры из кристаллов феррита и цементита, которые отличаются степенью дисперсности частиц Ф и Ц.
Дисперсность перлитных структур оценивается межпластинчатым расстоянием S соседних пластинок феррита и цементита (рис. 23).
Чтобы не спутать цементит с ферритом используют специальный травитель – пикрат натрия, который окрашивает цементит в черный цвет. Феррит при этом не окрашивается, т.е. остается светлым.
Рис. 23. Феррито-цементитная структура
Если превращение идет при температурах 650–670С, то образуется перлит, S = 6·10-4 мм.
При температурах превращения 640–590С образуется сорбит, S = 3·10-4 мм.
При температурах превращения 580–550С образуется троостит, S = 110-4 мм.
Как видно из опыта с увеличением скорости охлаждения зерна феррито-цементитной смеси измельчаются все сильнее, что резко влияет на свойства. Так, например, у перлита НВ 2000, у сорбита НВ 3000. а у троостита НВ 4200, МПа.
Промежуточное (бейнитное) превращение
В результате промежуточного превращения образуется бейнит, представляющий собой структуру, состоящую из -твердого раствора несколько пересыщенного углеродом и частиц цементита. Бейнитное превращение сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений. В аустените образуются объемы, обогащенные и обедненные углеродом. Обедненные углеродом участки аустенита претерпевают превращение бездиффузионным путем (мартенситным). В объемах аустенита, обогащенных углеродом, при t = 400–550С происходит выделение частиц цементита. При t < 400С частицы цементита выделяются в кристаллах -фазы.
Бейнит, образовавшийся при температурах 400–550С называется верхним бейнитом, он имеет перистое строение с худшими механическими свойствами (пониженные в, КСU и ).
При более низких температурах (ниже 400C) образуется нижний бейнит, он имеет игольчатое строение с лучшими механическими характеристиками (большим в, КСU и ).
Мартенситное превращение аустенита
Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Feα
Мартенсит образуется только из аустенита в результате сильного переохлаждения последнего со скоростью не менее критической скорости закалки (Vкр = – касательная к диаграмме, см. рис. 22, а).
Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче иглы мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или мелкоигольчатый мартенсит. Решетка мартенсита тетрагональная, т.е. периоды с а (рис. 24).
Рис. 24. Микроструктура и кристаллическая решетка мартенсита
Механизм мартенситного превращения состоит в том, что при температурах ниже МН решетка аустенита, хорошо растворяющая углерод (до 2,14% С) оказывается неустойчивой, и перестраивается в решетку Feα, способность которой растворять углерод, очень мала (до 0,02%).
Из-за большой скорости охлаждения весь углерод находящийся в аустените (ГЦК решетка) остается зафиксированным в Feα (ОЦК решетка), где места для его размещения нет. Поэтому избыточный углерод искажает решетку, вызывает появление больших внутренних напряжений и, как следствие, твердость и прочность растут, а ударная вязкость и пластичность падают.
Аустенитно-мартенситное превращение сопровождается увеличением объема. Все структуры стали можно расположить (от максимального объема к минимальному) в следующий ряд: мартенсит – троостит – сорбит – перлит – аустенит.
Отличие от перлитного превращения:
-
большая скорость превращения;
-
превращение бездиффузионное, т.е. без предварительного выделения углерода и образования Fe3C;
-
начинается превращение в точке МН и заканчивается в точке МК, причем положение этих точек зависит только от химического состава сплава;
-
в структуре мартенсита всегда есть небольшое количество остаточного непревращенного аустенита (до 4%);
-
решетка мартенсита тетрагональная (а = b с).