Оглавление:
Термическая обработка сталей с эвтектоидным превращением
- Термическая обработка эвтектоидной стали Эвтектоидное превращение в равновесных условиях происходит в большинстве сталей, двухфазной алюминиевой бронзе и многих сплавах на основе титана. Принцип, лежащий в основе термической обработки всех сплавов этой группы, одинаков, но компоненты сплава вносят ряд особенностей в развитие фазового превращения. Поэтому принято изучать превращение различных сплавов на основе металлов по отдельности.
Определите основные фазовые превращения, влияющие на структуру и характеристики стали. а) превращение при нагревании в аустенитное состояние-фаза перекристаллизации. б) метаморфозы аустенита при различной степени переохлаждения. в) трансформация за счет нагрева закаленной стали. Превращение стали при нагреве в аустенитное состояние. В зависимости от условий нагрева могут быть получены зерна аустенита различных размеров.
Свойства продуктов превращения сильно зависят от размера зерен аустенита. Людмила Фирмаль
Продукты превращения мелкого аустенита как равновесного аустенита, так и метастабильного аустенита имеют более высокую пластичность и вязкость, чем соответствующие продукты превращения крупного аустенита, и менее подвержены концентрации напряжений. Так как зарождение кристаллов при разложении аустенита происходит преимущественно на границах зерен, то чем мельче зерна аустенита, тем больше появляется ядер, тем мельче вновь образованные зерна.
Рассмотрим трансформацию, которая происходит при нагреве стали с исходной равновесной структурой. Предварительно эвтектоидные стали феррит и перлит, эвтектоидные стали перлит, перлит, содержащий эвтектоидные стали вторичный цементит. При промышленной скорости нагрева при отжиге или закалке перлит до температуры переменного тока сохраняет пластинчатую структуру. При достижении температуры LS начинается превращение перлита со Сталью в аустенит.
- Аустенитные кристаллы образуют ядра на границе раздела феррита и цементита (рис.5.7).Преобразование состоит из 2 параллельных процессов. Многофазный а- * — роспуск г parshund и кристаллов цементита в иностранной валюте. Поскольку полиморфная трансформация протекает с более высокой скоростью, когда трансформация завершена, аустенит сохраняет неравномерность углерода, но это занимает больше времени для удаления.
В каждой колонии перлита превращение при температуре переменного тока сопровождается измельчением стальных зерен, так как возникают некоторые центры кристаллизации аустенита (см. рис.5.7).Эта очень важная особенность фазовой рекристаллизации широко используется при осуществлении термической обработки стали-отжиге, закалке и других видах обработки, связанных с нагревом стали до аустенитного состояния. Количество ядер кристаллов
аустенита при температуре переменного тока увеличивается с увеличением дисперсии перлита и скорости нагрева. Людмила Фирмаль
Высокий Быстрый нагрев, например, нагрев ТВЧ, дает очень маленькие аустенитные зерна. В эвтектоидной стали рекристаллизация заканчивается, когда происходит превращение перлита в аустенит. complete. In заэвтектоидные и заэвтектоидные стали, после перехода от перлита к аустениту, в структуре сохраняют избыток структурных компонентов-феррита Каждый цементит. В заэвтектоидного сталь, при нагреве от сети переменного тока в AC3, избыточный феррит превращается в аустенит, а при нагревании от переменного тока AC, в заэвтектоидного стали, Т растворяет излишки продуктов распада цементита в аустените. Небольшое огрубление зерен аустенита.
Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области приводит к дальнейшему росту зерен аустенита-происходит процесс коллективной перекристаллизации. Скорость роста зерен аустенита при перегреве выше температуры Ac3 и / 4 CFN неодинакова для разных сталей. Многое зависит от способа раскисления стали и наличия определенных легирующих элементов. В зависимости от скорости роста зерен аустенита различают природную крупнозернистую сталь и природную мелкозернистую сталь. Естественно грубый нос Рисунок 5.7.
Схема зарождения и роста кристаллов при температуре переменного тока、 Когда температура превышает Ls3 или Asst, образуется сталь, в которой Кристалл аустенита быстро грубеет. Это ки-Али, дезоксигенированный при плавке ферросилицием и ферроманганом. Естественно мелкие зерна называются стальными, и при нагревании до 1000-1100°C аустенитные кристаллы растут медленно. К ним относятся стали, которые дополнительно раскисляются алюминием, и легированные стали, содержащие карбидообразующие элементы, в частности титан и ванадий.
Предполагается, что ингибирующее воздействие на рост зерен оказывают частицы нитрида алюминия, которые механически препятствуют коллективной перекристаллизации, расположенной на границах зерен. При температурах выше 1000-1100°C нитрид алюминия разрушится, и не будет никаких препятствий для роста. Аналогичные механизмы действия также приписываются карбидам титана и ванадия. От сверхтвердых Только марганец не только уменьшает количество элементов, но и несколько увеличивает скорость роста зерен аустенита.
Естественная зернистость стали оценивается по количеству(баллам) специально разработанной зернистости(ГОСТ 5639-82). Сталь с грубой крупнозернистой структурой для высокотемпературного нагрева, я называю! Перегрев; перегрев исправляется повторением аустенитизации при нагревании до более низкой температуры. Трансформация аустенита при различных степенях переохлаждения. Выше было рассмотрено фазовое превращение, происходящее в Стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния (см. раздел 3.3).
За счет увеличения скорости охлаждения стали или введения в сталь легирующих элементов аустенитное переохлаждение может быть значительно усилено. Уменьшите температуру его превращения. Механизм и Кинетика превращения, а следовательно, структура и свойства продукта превращения зависят от степени переохлаждения аустенита. В технологическом процессе термической обработки разложение аустенита происходит в условиях непрерывного охлаждения, иногда при изотермической (постоянной температуре).
Процесс разложения переохлажденного аустенита делится на 2 типа. 1.Диффузионного перлитного и промежуточного (бейнитного). 2.No диффузионно-мартенситный. Кинетика диффузионных превращений более удобно изучается в изотермических условиях. Метаморфоза аустенитного перлита. Влияние переохлаждения на стабильность и конверсию аустенита показано графически в виде рисунка. Эти диаграммы отображают температурные и временные координаты преобразования.
Как правило, время, отведенное на логарифмической шкале(рис. 5.8). Диаграмма основана на экспериментальных данных. Стальные образцы, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносятся в ванну, содержащую жидкую среду, температура которой ниже следующей температуры РНС. 5.8.Изотермическое превращение переохлажденного аустенита эвтектоидной стали (рис.）： Перлитовый извращенец. // — Промежуточное преобразование. //Мартенсит метаморфоза; 17 перлит; с-сорбит; Т-остеит; Б-байнайт Температура преобразования весны, и поддержана до тех пор пока преобразование не будет complete.
At в то же время, некоторые изменения свойств записываются для определения времени начала и окончания процесса. transformation. At температура ниже точки Кюри, магнитные свойства стали контролируются, поскольку они изменяются наиболее быстро. Аустенит является парамагнитным, а продукт превращения аустенита-ферромагнитным. Рисунок 5.9.Кривые изотермической скорости переохлажденного аустенита эвтектоидной стали： перлитовый извращенец. B-промежуточное преобразование (F-const） Рассмотрим на примере Эвтектоидной стали основной закон преобразования перлита.
Изотермическое разложение эвтектоидного аустенита происходит в диапазоне температур от Lg (720°C) до Mn (250°C).Где M-температура, при которой происходит мартенситное превращение begins. No происходит мартенситное превращение в эвтектоидную сталь при постоянной температуре ниже точки Mn. На схеме (см. рис.5.8) нарисованы 2 линии с изогнутой формой буквы»С«-С. Строка / обозначает время начала метаморфозы, а строка 2-Время окончания метаморфозы переохлажденного austenite. In область слева от линии/на рисунке, есть переохлаждение аустенита.
Между линиями 1 и 2 находится область, в которой происходит преобразование. Правая сторона линии 2-это область, где присутствует продукт трансформации аустенита. Стабильность аустенита зависит от степени переохлаждения. Аустенит наименее стабилен при температурах, близких к 550°C. для совместного осаждения Аустенитная сталь при температуре 550-560°С, время стабилизации составляет около 1 секунды.
Повышение или понижение температуры относительно 550°С улучшает стабильность аустенита. Поэтому время стабильности аустенита при 700°С составляет около 10 секунд, а при 300 ° С-около 60 секунд. Превращение аустенита при температурах в диапазоне Lr-550°с называется перлитом, а метаморфоза при температурах в диапазоне 550°с-Ми называется промежуточной. В температурном интервале превращения перлита в результате разложения аустенита образуется слоистая структура перлитного типа, то есть структура, образованная из кристаллов феррита и цементита.
Преобразование перлита(Рис. 5. 9, о) протекает сначала медленно, после чего его скорость возрастает до определенной величины. Когда преобразование будет завершено, скорость будет постепенно уменьшаться. Структура структуры перлита зависит от температуры превращения. С увеличением степени переохлаждения размер образующихся кристаллов уменьшается, согласно общему закону кристаллизации (см. Главу 2).Это означает, что дисперсность ферритовых и цементитных смесей увеличивается.
Дисперсию структуры перлита обычно оценивают по расстоянию между пробками. Это считается средней суммарной толщиной соседних пластин феррита (F) и цементита © (рис.5.10). Если происходит преобразование Когда температура превышает 650-670°C, образуется относительно грубая смесь кристаллов феррита и цементита с расстоянием между пластинами 5-10 «7-7-10» 7 м. Смесь называется перлитовым телом (Z7). При конверсии при температуре 640-590°с расстояние между пластинами составит 3•10 «7-4 * 10» 7 м. Такая перлитная структура называется сорбитолом ©.
При температуре превращения 580-550°C межплитное расстояние уменьшается до 1 * 10 «7-2•10-7 м. Такая структура называется торутит (T). Рисунок 5. 10.Схема роста перлитных колоний Центр кристаллизации колоний перлита происходит преимущественно на границах зерен аустенита. С другой стороны, колонии перлита растут во всех направлениях (см. Рисунок 5.10).
В случае перлитного превращения полиморфный переход y — * a сопровождается перераспределением углерода. Для образования цементита, содержащего 6,69% С, необходимо перемещать атомы углерода на значительно большее расстояние, чем межатомное расстояние, так как среднее содержание углерода в твердом растворе перед конверсией значительно ниже, чем у цементита. Несмотря на то, что подвижность атомов железа и углерода уменьшается с уменьшением температуры от точки арт, скорость превращения перлита возрастает до температуры 550°С.
Это объясняется тем, что с увеличением степени переохлаждения число центров кристаллизации быстро увеличивается, и, соответственно, расстояние увеличивается Выражение, в котором атом движется в процессе трансформации. По мере увеличения дисперсности структур перлитного типа увеличивается прочность и твердость стали. Структура сорбита обладает отличной пластичностью и вязкостью. Мартенситная метаморфоза аустенита. Диаграмма изотермического превращения (см. рис. 5.8) традиционно показывает область мартенситного превращения (менее L / n).
Условно, не только при эвтектоиде, но и в большинстве сталей мартенситное превращение в изотермических условиях не происходит1. Мартенситное превращение протекает интенсивно при непрерывном охлаждении в интервале температур от Mn до Mk (рис.5.11).Небольшое изотермическое воздействие в этом диапазоне температур приводит к аустенитной стабилизации. То есть метаморфоза не достигается. 1. поэтому в сталях с содержанием 0,06% C, 23,4% Ni и 3,3% Mn изотермическое мартенситное превращение ускоряется при падении температуры от −50 до −120 г°C и замедляется при дальнейшем падении температуры. Рисунок 5.11.
Кривые движения мартенситного превращения при непрерывном охлаждении И в дополнение к мартенситу в его структуре наблюдается структура, называемая остаточным аустенитом. Аустенит также может оставаться в структуре, если углеродистая сталь содержит 0,6%или более C и только охлаждается до 0°C(рис. 5.12). на рисунке линии в начале и конце мартенситного превращения условно нанесены на»стальное поперечное сечение«диаграммы железо-цементит, а ломаная линия представляет геометрическое положение точки 70. Рисунок 5.12.
Зависимость термодинамического равновесия аустенита и мартенсита от температуры и содержания углерода при изменении температуры Mn и Mk Углерод (рис. 5.13).для получения мартенситной структуры необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать аустенит углеродистой стали, а для этого использовать холодную воду (предпочтительно физиологический раствор).Быстрое охлаждение необходимо для подавления возможности диффузионного процесса и образования перлитных и бейнитных структур.
Термодинамическая диаграмма, построенная экспериментально для всех сталей, позволяет определить минимальную скорость охлаждения, называемую критической скоростью охлаждения-b \ p, при которой аустенит превращается. РНС. 5.13.Температурная зависимость свободной энергии аустенита и мартенсита Это происходит только в мартенсите при температуре ниже MH1 (рис.5.14).Диаграммы тепловой кинетики очень важны для технологии термической обработки.
Они радикально отличаются от рисунка изотермического превращения аустенита тем, что построены в условиях непрерывного охлаждения образцов соответствующей стали. Црмокинстичский график-важный Установлено, что практически температура м *и МК не зависит от скорости охлаждения, а только начинает повышаться при скорости охлаждения, превышающей 10 000°с / С. Рис. 5.14.Тепловая кинематика стали 45： По поверхности; цэ-центр 5.15.Микроструктуру мартенситной стали После закалки от оптимальной температуры 850% 45×500 В зависимости от скорости охлаждения, типа фазового превращения и характеристик можно спрогнозировать возможную структуру стали.
Именно поэтому при более быстром охлаждении стали мартенсит 1(неравновесная фаза) образует пересыщенный твердый раствор углерода, поглощенный Fe (Рис.5). 15).Слоистые мартенситные кристаллы растут с поразительной скоростью, равной скорости звука стали (^5 (XX) м / с).Рост мартенситных кристаллов затруднен границами зерен аустенита или ранее сформированной пластинкой мартенсита (рис.5.16). 1 взломать структуру названную в честь немецкого языка! О, ученый. А. Мартенс(1850 1914 ИТ. О.) Рис. 5.16. Схема формирования мартенситных пластин в 1 аустенитном зерне Акад. Г. В. Курдюмов дал классическое определение мартенситной метаморфозы.
«Мартенситное преобразование заключается в логической перестройке решетки, где атомы не меняются местами, а только сдвигают расстояние ns за пределы межатомного пространства distance. In в этом случае решетка перестраивается вдоль кристаллической плоскости исходной модификации. Это связано с тем, что структура идентична, параметры близки к определенным поверхностям кристаллической решетки образующейся фазы, то есть выполняется принцип соответствия структуры и размеров (рис.5.17).
Характерной особенностью мартенситного превращения является то, что мартенситные кристаллы в процессе роста связываются когерентно с кристаллами в начальной фазе. 2 кристаллы считаются когерентными, когда они вступают в контакт на таком интерфейсе, общем для их кристаллической решетки. При нарушении когерентности решетки интенсивные регулярные переходы атомов из аустенита в мартенсит невозможны и рост мартенситных кристаллов прекращается.
Мартенсит γ — * — ♦углерод остается в процессе превращения а-р Рисунок 5.17. Кристалл™Рафичи Плоский Гей (Я!) Fc -, (IO) комбинация Fe3. 7 — (Hl) атомы Фейри в плоскости. 2-к квартира Атом атом (Хо) Фе» Рисунок 5.18.Тетрагональной ячейки пространственной решетки мартенситной В твердых растворах кристаллическая решетка Fe искажается. Это связано с тем, что мартенсит Fe имеет значительно меньшую растворимость в ВЭД не имеет тетрагональную пространственную решетку (рис. 5.18).Крест указывает на возможное расположение атома углерода.
Чем больше углерода в аустените, тем выше число мартенситных звеньев, содержащих атомы углерода, и тем больше среднее искажение пространственной решетки. Свойства мартенситной стали зависят от количества растворенного в ней углерода. На рисунке 5.19 показано влияние углерода на твердость мартенсита. Согласно подобной кривой, временное сопротивление стали также изменяется. Мартенсит имеет очень высокую твердость более HRC 60 и содержание углерода более 0.4%.As увеличивается содержание углерода, увеличивается хрупкость мартенсита.
Превращение марганита в сталь сопровождается заметным увеличением объема (рис. 5.19.6).Очень. РНС. 5.19.Изменение твердости () и удельного объема (6) мартенсита в сталях с различным содержанием углерода Изменяются и другие физические свойства стали. Небольшое количество остаточного аустенита (1-3%) остается в Стали после мартенситного превращения, а его температура выше 20-25°С. сложность дезинтеграции последней части аустенита связана с появлением значительных сжимающих напряжений, вызванных увеличением объема при переходе от решетки fcc к решетке OC.
Вместе с содержанием углерода легирующие элементы, растворенные в аустените, оказывают существенное влияние на температуру М. подавляющее большинство легирующих элементов снижают температуру Mi и M. поэтому даже закаленные легированные стали с низким содержанием углерода после охлаждения до температуры 20-25°С могут все еще иметь значительное количество остаточного аустенита. Промежуточная (бейнитная) метаморфоза austenite. In в температурном диапазоне промежуточного превращения аустенит разлагается с образованием структуры, называемой бейнитом (B).Бейнит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита.
Главной особенностью промежуточного преобразования является то, что многофазный переход происходит по механизму мартенсена. Предполагается, что трансформация этой части объема начинается с перераспределения углерода, в результате чего одни зоны зерен аустенита обедняются, а другие обогащаются carbon. As количество растворенного углерода уменьшается, температура мартенситного превращения увеличивается, поэтому мартенситное превращение в основном происходит в зоне дефицита углерода — / — твердого тела solution. In в зоне твердого раствора, богатого углеродом, происходит образование карбидов.
Очень мелкие (в виде короткой палочки) цементирующие кристаллы выделяются. Развитие аустенитного углерода• Поскольку твердый раствор y в момент мартенситного превращения не полностью освобождается от растворенного углерода, кристаллы Fe в виде очень тонких пластин несколько пересыщаются углеродом. Бейнит образующийся при температуре 400-550°с называется верхним part. It имеет перистую структуру. Бейнит, образующийся при низких температурах, называется lower. It представляет собой пластинчатую структуру.
Скорость промежуточного метаморфоза обычно изменяется так же, как и скорость перлитного превращения(см. рис.5.9, а).Для некоторых легированных сталей скорость превращения различна(см. рис. 5.9.6). в конце инкубационного периода разложение аустенита начинается с максимальной скоростью, что снижает скорость ei®. она характеризуется тем, что промежуточное превращение не доходит до конца, и часть аустенита остается unconverted. St. По мере повышения температуры степень трансформации уменьшается. Немодифицированный аустенит сохраняется при охлаждении или преобразовании в martensite.
It зависит от состава стали. Верхний бейнит обладает неблагоприятным сочетанием механических свойств. Снижение прочности за счет сохранения неразрушенного аустенита сочетается с очень низкой пластичностью и вязкостью. Нижний бейнит обладает высокой прочностью и в то же время очень высокой пластичностью и вязкостью. То есть бейнит получают при температуре на 50-100°с выше точки мартенсита L4H.
Смотрите также:
Материаловедение — решение задач с примерами
