3. Отжиг 2-го рода

ОТВЕТ: Отжиг 2-го рода является перекристаллизационным отжигом. Во время его проведения в материале происходит полиморфное или другое фазовое превращение, связанное с заменой данной фазы другой (фазовая перекристаллизация). Поэтому для изменения кристаллитов в поликристалле материал отжигают при температуре, превышающей температуру этого превращения. Так как фазовая перекристаллизация осуществляется путем зарождения и роста центров новой фазы, то меняя скорость нагрева и охлаждения, а также температуру перегрева (выше температуры полиморфного превращения), можно управлять величиной кристаллитов. Повышение скорости нагрева и охлаждения увеличивает число центров и измельчает зерно, перегрев укрупняет зерно.

При перекристаллизационном отжиге нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Полная перекристаллизация позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т.е. полностью изменить структуру и свойства материала. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы. Неполный отжиг применяется в тех случаях, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

4. Что такое бейнит

ОТВЕТ: Бейнит (по имени английского металлурга Э. Бейна, (англ.) Е. Bain), игольчатый троостит, структура стали, образующаяся в результате так называемого промежуточного превращения аустенита. Бейнит состоит из смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и карбида железа. Образование бейнита сопровождается появлением характерного микрорельефа на полированной поверхности шлифа.

Аустенит (γ-фаза) — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов.

Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объемноцентированную кубическую кристаллическую решётку. Является фазовой составляющей других структур, например, перлита, состоящего из феррита и цементита.

5. Провести кристаллизацию сплава железа 0,5% углерода

ОТВЕТ: рассмотрим кристаллизацию сплава с концентрацией углерода в железе 0,5%. В точке 1 сталь находится в жидкам состоянии и компоненты неограниченно растворяются друг в друге. При этой температурк существует только одна фаза – жидкий раствор.

При достижении точки 2 лежащей на лини солидус и соответствующей температуре плавления данной стали в системе создаются условия для начала кристаллизации, т.к. уровни свободной энергии Гиббса для жидкой и твёрдой фаз становятся равны друг другу . Это состояние устойчивое и может существовать неограниченно долгое время. Для того чтобы кристаллизация началась необратимо, необходимо некоторое переохлаждение системы на велечину (степень переохлаждения), которая зависит от скорости охлаждения. При данных условиях чуть ниже точки 2 кристаллизация системы начинается необратимо с образованием кристаллов твёрдой фазы в виде зерен -феррита.

От точки 2 до 3 в системе существует две фазы – жидкая L и твердая -феррит. Соотношение фаз при любой температуре можно определить по правилу рычага, проведя горизонтальную линию (коноду), соответствующую выбранной температуре. Процентное соотношение компонентов в каждой фазе можно определить по шкале концентраций, спроектировав на неё точку, соответствующую анализируемой фазе. При уменьшении температуры от точки 2 до точки 3 кол-во жидкой фазы уменьшается по линии ликвидус АВ в сторону точки В, а кол-во твердой фазы вырастает по линии солидус АН в сторону точки Н.

В точке 3, лежащей на линии перетектической реакции, происходит перетектическое превращение.

Перетектическое превращение сопровождается полиморфным и часть кристаллов -феррита с решёткой ОЦК превращается в фазу аустенита(А) с решёткой ГЦК. В точке 3, лежащей на линии солидус, кристаллизация заканчивается и ниже её исчезает последняя капля жидкой фазы.

От точки 3 до точки 4 в системе также существуют 2 фазы в виде твердых кристаллов -феррита и аустенита, причем с монижением температуры, кол-во аустенита возрастает. В точке 4 полиморфное превращение заканчивается и в системе остается только одна фаза – аустенит, которая без каких-либо превращение остывает до точки5.

В точке 5 начинается второе полиморфное превращение и часть кристаллов аустенита начинает преобразовываться в кристаллы а-феррита с решеткой ОЦК. Между точками 5 и 7 в системе существует две твердые фазы, причем кол-во аустенита уменьшается по линии GS в сторону точкиS, а кол-во а-феррита возрастает по линии GP в сторону точки Р.

В точке 6 объемная доля а-феррита достигает такого размера, что происходит маггитное превращение, и сталь из парамагнитного состояния (немагнитного) переходит в ферромагнитное(сильномагнитное) состояние.

В точке 7, лежащей на линии эвтектоидных реакций, происходит эвтектоидное превращение:

В результате эвтектоидного превращения образуется структурная составляющая стали- прлит, изменяющая пластинчатое строение в теле одного зерна, состоящая из чередующихся пластин а-феррита и третичного цементита.

Ниже точки 7 структура данной стали формируется поностью и представляет собой зерна перлита, отороченные по границам избыточной фазой а-феррита, образовавшейся в интервале температур от точки 5 до точки 6.

От точки 7 до точки 8 в процессе охлаждения растворимость углерода в а-феррита падает(от 0,02% до 0,006%), в связи с чем образуется дополнительная порция третичного цементита, что утолщает пластины цементита в перлите. В результате после полногоостывания структура рассматриваемой стали будет представлять собой зернистый перлит отороченный по границам избыточной фазой а-феррита. Причем чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем меньше в структуре избыточного феррита, который полностью исчезает при эвтектоидной концентрации.