Реферат по материаловедению. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали

• Название: Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
• Дата: 22.12.2019
• Размер: 1.9 Mb.
• Имя файла: Реферат по материаловедению.docx
• Тип: Реферат; #101539
• страница: 2 из 8

Величину зерна определяют при стократном увеличении методом сравнения со стандартной шкалой. Для определения зернистости сталь должна быть нагрета до температуры 930 °С. Если при этой температуре номер зерна 1—4, то это сталь наследственно крупнозернистая. Стали, у которых номер зерна 5 — 8 и более, — наследственно мелкозернистые. Легирующие элементы (ванадий, вольфрам, молибден, титан и др.) способствуют образованию наследственно мелкозернистой макроструктуры. Такая сталь при высоких температурах хорошо поддается любому виду обработки деформированием (прокатка, ковка, штамповка и др.). Укрупнения зерна и снижения механических свойств при этом не происходит. Как правило, большинство легированных сталей, а также спокойные стали — наследственно мелкозернистые. Все кипящие стали — наследственно крупнозернистые, имеют низкую ударную вязкость и высокую хладноломкость.
1.2 Превращения при охлаждении

При охлаждении сталей с аустенитной структурой могут происходить различные превращения, зависящие от скорости охлаждения. Рассмотрим диаграмму изотермического превращения аустенита в перлит (рис. 6.3).



Кривые превращения аустенита имеют С-образную характеристику и показывают, что скорость превращений неодинакова. Максимальная скорость превращения соответствует охлаждению ниже А_с1, (727˚С) на 170˚С. Кривые начала и конца превращений смещены вправо и соответствуют наибольшей устойчивости.

Левая кривая на диаграмме соответствует границе начала превращений, правая кривая показывает конец превращения аустенита. Превращение аустенита в перлит носит диффузионный характер.

Скорость диффузии зависит от степени переохлаждения или от скорости охлаждения. Продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение, определены как перлит, сорбит и троостит и различаются степенью дисперсности. Но если перлит— это равновесная структура, то сорбит и троостит— неравновесные структуры, в них содержание углерода больше или меньше 0,8%. Существует еще промежуточное (бейнитное) превращение в области температур 500...350˚С. При большей степени переохлаждения (до 230 ˚С) аустенит находится в неустойчивом состоянии, диффузионные процессы отсутствуют, образуется перенасыщенный углеродом твердый раствор.

Мартенситное превращение в стали имеет три особенности. Во- первых, мартенситное превращение имеет бездиффузионный характер. Во-вторых, кристаллы мартенсита ориентированы. Третья особенность заключается в том, что мартенситное превращение происходит при непрерывном охлаждении в интервале определенных температур для каждой стали. Температуру начала мартенситного превращения называют мартенситной точкой и обозначают М_н, а температуру окончания обозначают М_к. Положение точек М_н и М_к на диаграмме зависит от количества углерода в стали и присутствия легирующих элементов. Как правило, большое содержание углерода и наличие легирующих элементов понижают положение точек.

Наложим на диаграмму графики скоростей охлаждения и изобразим схему влияния скорости охлаждения на температуру превращений аустенита. Из диаграмм видим, что чем больше скорость охлаждения, тем дисперснее получаемая структура. При небольшой скорости v₁, образуется перлит, при большей скорости v₂ — сорбит и еще большей v_кр — троостит. При скорости охлаждения, большей, чем v_кр, часть аустенита превращается в мартенсит. Минимальная скорость охлаждения, при которой весь аустенит переохлаждается до точки М_н и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. Этот процесс превращения в мартенсит имеет большое практическое значение и положен в основу термической обработки.

Перлитное превращение в стали применяют в процессе отжига; мартенситное — при закалке; промежуточное — при изотермической закачке.

Механические свойства стали со структурами перлита, сорбита и троостита зависят от степени понижения температуры распада и дисперсности ферритно-цементитной структуры. При этом твердость, пределы прочности, текучести и выносливости возрастают.

Структура мартенсита имеет более высокую твердость и прочность, а также зависит от содержания углерода в стали. Отрицательным фактором мартенситной структуры является повышенная хрупкость. Как уже говорилось, легирующие элементы влияют на положение точек М_н и М_к и соответственно влияют на практическую скорость закачки, обычно в сторону уменьшения.

1.3 Перлитное превращение

Перлитное превращение переохлажденного аустенита протекает при температурах Ar₁ - 500˚C (см. рис. 112). В процессе превращения происходит полиморфное γ → α - превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры:





Аустенит, практически однородный по концентрации углерода, распадается с образованием феррита (почти чистое железо) и цементита, содержащего 6,67 % C, т. е. состоит из фаз, имеющих различную концентрацию углерода (рис. 113). Ведущей, в первую очередь возникающей фазой при этом является карбид (цементит). Его зародыши, как правило, образуются на границах зерен аустенита.



В результате роста частиц этого карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное γ → α - превращение. При этом кристаллики феррита зарождаются на границе с цементитом, который облегчает этот процесс.

Последующий рост ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что затрудняет дальнейшее развитие γ → α - превращения. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. Вследствие этих процессов образования и роста частиц карбидов вновь создаются условия для возникновения новых и роста имеющихся кристалликов (пластинок) феррита. В результате происходит колониальный (совместный) рост кристалликов феррита и цементита, образующих перлитную колонию (рис. 113).

Продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение. Пластинчатые структуры эвтектоидного типа часто определяют как перлит, сорбит и троостит или соответственно грубо-, средне- и тонкодифференцированный перлит. Чем больше переохлаждение, тем тоньше получается ферритно-цементитная структура, т. е. меньше межпластинчатое расстояние ∆₀ (рис. 113), равное усредненной сумме толщин двух пластинок феррита и цементита, и выше твердость:



Перлит, сорбит и троостит, образующиеся при диффузионном распаде переохлажденного аустенита, являются ферритно-цементитными структурами, имеющими пластинчатое строение и различающимися лишь степенью дисперсности (рис. 114).



Однако в отличие от перлита (эвтектоида) сорбит и троостит, называемые квазиэвтектоидными, не являются равновесными структурами в сталях, не соответствующих эвтектоидному составу (содержат углерода больше или меньше 0,8 %).