Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 22 )

Механізм перетворення представлений на мал.

Механізм перетворення аустеніту в перліт

При утворенні перліту з аустеніту провідною фазою є цементит. Зародження центрів кристалізації цементиту полегшено на границі аустенітних зерен. пластинка, Що Утворилася, цементиту росте, подовжується й збіднює сусідні області вуглецем. Поруч із нею утворяться пластинки фериту. Ці пластинки ростуть як по товщині, так і по довжині. Ріст колоній, що утворилися, перліту триває до зіткнення із кристалами перліту, що ростуть із інших центрів.

Властивості й будова продуктів перетворення аустеніту залежать від температури, при якій відбувається процес його розпаду.

Товщина сусідніх пластинок фериту й цементиту визначає дисперсність структури й позначається. Вона залежить від температури перетворення. Залежно від дисперсності продукти розпаду мають різну назву.

мм - перліт.

Утвориться при переохолодженні до температури Т = 650…700oC, або при швидкості охолодження Vохл = 30...60 oC/ч. Твердість становить 180…250НВ.

мм - сорбіт

Утвориться при переохолодженні до температури Т = 600…650oC, або при швидкості охолодження Vохл = 60 oС/с. Твердість становить 250…350НВ. Структура характеризується високою межею пружності, достатньою в'язкістю й міцністю.

/мм - троостит

Утвориться при переохолодженні до температури Т = 550…600oC, або при швидкості охолодження Vохл = 150 oС/с. Твердість становить 350…450НВ. Структура характеризується високою межею пружності, малою в'язкістю й пластичністю.

Твердість феритно-цементитної суміші прямо пропорційна площі поверхні роздягнула між феритом і цементитом..

Якщо температура нагрівання незначно перевищувала температуру А і отриманий аустеніт неоднорідний по сполуці, то при малому ступені переохолодження утвориться зернистий перліт.

Лекція

Технологічні особливості та можливості відпалу і нормалізації.

Перетворення аустеніту в мартенсит при високих швидкостях охолодження

Дане перетворення має місце при високих швидкостях охолодження, коли дифузійні процеси придушуються. Супроводжується поліморфним перетворенням в

При охолодженні стали зі швидкістю, більшої критичної (V > Vк), перетворення починається при температурі початку мартенситного перетворення (Мн) і закінчується при температурі закінчення мартенситного перетворення (Мк). У результаті такого перетворення аустеніту утвориться продукт загартування – мартенсит.

Мінімальна швидкість охолодження Vк, при якій весь аустеніт переохолоджується до температури т. Мн і перетворюється, називається критичною швидкістю загартування.

Тому що процес дифузії не відбувається, то весь вуглець аустеніту залишається в решітці і розташовується або в центрах тетраедрів, або в середині довгих ребер (мал).

Мартенсит – пересичений твердий розчин впровадження вуглецю в.

Перекручування решітки характеризується ступенем тетрагональності: с/а > 1. Ступінь тетрагональності прямо пропорційна змісту вуглецю в сталі (мал. б).

Кристалічна решітка мартенситу (а); вплив змісту вуглецю на параметри а й з решітки мартенситу (б)

Механізм мартенситного перетворення має ряд особливостей.

1. Бездифузійний характер.

Перетворення здійснюється по зсувочному механізму. На початку перетворення є безперервний перехід від решітки аустеніту до решітки мартенситу (когерентний зв'язок). При перетворенні гранецентрованої кубічної решітки в об’ємноцентровану кубічну, атоми зміщаються на відстані менше міжатомних, тобто немає необхідності в самодифузії атомів заліза.

2. Орієнтованість кристалів мартенситу.

Кристали мають форму пластин, що звужуються до кінця, під мікроскопом така структура виглядає як голчаста. Утворюючись миттєво пластини ростуть або до границі зерна аустеніту, або до дефекту. Наступні пластини розташовані до першого під кутами 60 o або 120 o, їхні розміри обмежені ділянками між першими пластинами (мал.).

 Орієнтований (когерентний) ріст кристалів мартенситу забезпечує мінімальну поверхневу енергію. При когерентному росту, через розходження об'ємів аустеніту й мартенситу, виникають більші напруги. При досягненні певної величини кристалів мартенситу, ці напруги стають рівними границі текучості аустеніту. У результаті цього порушується когерентність і відбувається відривши решітки мартенситу від решітки аустеніту. Ріст кристалів припиняється.

3. Дуже висока швидкість росту кристала, до 1000 м/с.

4. Мартенситне перетворення відбувається тільки при безперервному охолодженні. Для кожної сталі починається й закінчується при певній температурі, незалежно від швидкості охолодження. Температуру початку мартенситного перетворення називають мартенситною крапкою МН, а температуру закінчення перетворення – МК. Температури МН і МК залежать від змісту вуглецю й не залежать від швидкості охолодження Для сталей зі змістом вуглецю вище 0,6 % МК іде в область негативних температур (мал.)

Залежність температур початку (МН) і

кінця (МК)мартенситного перетворення

від змісту вуглецю в сталі

Мартенситне перетворення відчутно до напруг, і деформація аустеніту може викликати перетворення навіть при температурах вище МН.

У сталях із МК нижче 20oС є присутнім аустеніт залишковий, його кількість тим більше, чим нижче МН і МК.(при змісті вуглецю 0,6…1,0%кількість аустеніту залишкового – 10 %, при змісті вуглецю 1,5 % - до 50 %). У мікроструктурі спостерігається у вигляді світлих полів між голками мартенситу.

5. Перетворення необоротне. Одержати аустеніт з мартенситу неможливо.

Властивості мартенситу обумовлені особливостями його утворення. Він характеризується високою твердістю й низькою пластичністю, що спричиняється крихкість.

Твердість становить до 65 HRC. Висока твердість викликана впливом впроваджених атомів вуглецю в решітку - фази, що викликає її перекручування й виникнення напруг. З підвищенням змісту вуглецю в сталі зростає схильність до тендітного руйнування.

4. Перетворення мартенситу в перліт.

Має місце при нагріванні загартованих сталей. Перетворення пов'язане з дифузією вуглецю.

Мартенсит загартування нерівновага структура, що зберігається при низьких температурах. Для одержання рівноважної структури виробу піддають відпустці.

При нагріванні загартованої сталі відбуваються наступні процеси.

При нагріванні до 200oС відбувається перерозподіл вуглецю в мартенситі. Утворяться пластинки – карбідів товщиною кілька атомних діаметрів. На утворення карбідів вуглець витрачається тільки з ділянок мартенситу, що оточують кристали карбідів, що виділилися. Концентрація вуглецю на цих ділянках різко падає, тоді як вилучені ділянки зберігають концентрацію вуглецю. У сталі присутні карбіди й два - твердих розчини мартенситу (з високою й низькою концентрацією вуглецю. Такий тип розпаду мартенситу називається переривчастим. Швидкість дифузії мала, карбіди не збільшуються, розпад мартенситу супроводжується зародженням нових карбідних часток. У такий спосіб маємо структуру з нерівномірним розподілом вуглецю – це мартенсит відпустки. При цьому трохи знижується тетрагональність решітки.

При нагріванні до 300oС іде ріст карбідів, що утворилися. Карбіди виділяються з мартенситу й він збіднюється вуглецем. Дифузія вуглецю збільшується й карбіди ростуть у результаті припливу вуглецю з областей твердого розчину з високою його концентрацією. Кристалічна решітка карбідів когерентно пов'язана з решіткою мартенситу. У високо вуглецевих сталях аустеніт залишковий перетворюється в мартенсит відпустки. Спостерігається зниження тетрагональності решітки й внутрішніх напружень. Структура – мартенсит відпустки:

При нагріванні до 400oС весь надлишковий вуглець виділяється з . Карбідні частки повністю відокремлюються, здобувають будову цементиту, і починають рости. Форма карбідних часток наближається до сферичного.

Високодисперсна суміш фериту й цементиту називається тростит відпуску;

При нагріванні вище 400oС зміна фазової сполуки не відбувається, змінюється тільки мікроструктура. Має місце ріст і сфероідізація цементиту. Спостерігається розчинення дрібних і ріст великих карбідних часток.

При температурі 550…600oЗ маємо сорбіт відпустки. Карбіди мають зернисту будову. Поліпшуються властивості сталі.

При температурі 650…700oС одержують більше грубу феритно - цементитну суміш – перліт відпуску (зернистий перліт). 

Технологічні можливості й особливості відпалу, нормалізації, загартування й відпустки

 При розробці технології необхідно встановити:

·  режим нагрівання деталей (температуру й час нагрівання);

·  характер середовища, де здійснюється нагрівши і її вплив на матеріал стали;

·  умови охолодження.

Режими термічної обробки призначають відповідно до діаграм стану й діаграмою ізотермічного розпаду аустеніту.

Нагрівання може здійснюватися в нагрівальних печах, паливних або електричних, у соляних ваннах або у ваннах з розплавленим металом, пропущенням через виріб електричного струму або в результаті індукційного нагрівання.