Продукты П П имеют пластинчатое строение. Чем больше переохлаждение, тем тоньше получается структура. По степени дисперсности различают перлит (толщина двух пластинок Ф и Ц 0,6-1 мкм, твердость 180-250 НВ), сорбит (толщина о,2-0,3 мкм, твердость 250-350 НВ), троостит(толщина 0,1-0,15 мкм, твердость 350-450 НВ).

Механические свойства

Увеличение степени дисперсности ФЦ структуры, т. е. с понижением температуры распада твердость, пр. прочности, пр. текучести и выносливости возрастают. Пластичность, δ (отн. удл). и Ψ(отн. суж). наивысшее у сорбита. При переходе в трооститу уд. вязкость уменьшается.

Мартенситное превращение (МП)

Превращение переохлажденного А в мартенсит в сталях происходит при больших переохлаждения ниже Ас1, со скоростью, обеспечивающей подавление распада А по диффузионному и промежуточному механизмам. МП начинается ниже определенной температуры Мн. Образование мартенсита происходит бездиффузионным путем, его хим. состав остается таким же как у А. Растворимость С в α- железе мала (0,006), поэтому в углеродосодержащих сталях мартенсит представляет собой пересыщенный тв. раствор углерода в – ОЦК железе.

МП происходит во многих кристаллических материалах, например, в сплавах на основе Fe (Fe-Ni, Fe-Mn), в чистых металлах Ti, Co, в цветных медных, титановых сплавах, где мартенсит м. б. пересыщенным тв. раствором замещения.

Кристаллогеометрия превращения. Схема перестройки решетки ГЦК в ОЦК (см. рис)

Тетрагональность ОЦК решетки мартенсита зависит от содержания углерода в тв. растворе с/а= 1+0,046(%С)

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Экспериментально установлено Курдюмовым, что кристаллическая решетка образующего мартенсита закономерно ориентирована по отношению к решетке аустенита. Ориентационные соотношения Курдюмова-Закса (011)α||(111)γ [111]α||[101]γ/

Зарождение и рост кристаллов мартенсита:

При МП происходит одновременный и направленный групповой сдвиг атомов, в процессе сдвига формируется монокристаллическая пластина мартенсита (скорость роста неск км в сек). При перестройке решетки обмен атомов местами не происходит, а их взаимное перемещение меньше, чем межатомное, что предопределяет существование когерентности решеток на границе исх. фазы и М, затем когерентность нарушается, появляются дислокации, накапливается упругая деформация.

Кинетика МП зависит от хим. состава стали, выделяют 3 вида кинетики: атермическую (начинается с температуры Мн, не зависит от скорости охлаждения, протекает мгновенно), взрывную (протекает скачкообразно, порциями, сопровождается звуком), изотермическую (имеет инкуб. период, зависит от Т, наблюдается в Fe-Ni, Fe-Cr-Ni сплавах

МП не удается подавить быстрым охлаждением, как ПП, при переохлаждение до Мн всегда начнется А→М. Чтобы мартенситное превращение развивалось до конка необходимо непрерывно охлаждать сталь. Если охлаждение прекратить, то МП практически останавливается ( это отличает его от ПП, которое развивается при изотермических условиях ниже Ас1). Чем ниже Т, тем больше образуется М. По достижению определенной для каждой стали Т - Мк превращение заканчивается.

Остаточный аустенит - это А, оставшийся непревращенным, имеет место в закаленных сталях с Мк ниже комн, есть, в углеродистых с 0,4-0,5 %С, в сталях с 0,6-1,% его 10%, в сталях с с 1,3-1,5 % его 30-50%, в легированных сталях 130Х12 его 80%.

Положение точек Мн и Мк не зависит от скорости охлаждения и обусловлено хим. составом стали.

В сталях большинство ЛЭ снижают Мн, особенно сильное воздействие оказывает марганец, слабее хром, никель. Сильно снижают углерод, азот.

Формула :

Мн=520-320%С-45%Mn, -30%Cr-20%N-20%Mo-5%Si - 5%iCu

Рис - Температура Мн и Мк в зависимости от содержания С и ЛЭ

МП чувствительно с напряжением, пл. деформация вызывает повышение Мн, образуется при мартенсит деформации выше Мн при Мд.

Мартенсит деформации образуется под действием напряжений ниже точки Мн ( при Мд), М м. б. образован под действием сильного магнитного поля.

Типы мартенситных кристаллов.

Металлографическая структура М весьма разнообразна. В сталях различного состава М кристаллы могут различаться по своей форме, тонкой структуре, способам сочленения в ансамбли. Кристаллы реечного мартенсита образуются в малоугл. сталях, располагаются || друг другу, образуя пакеты толщиной 3-20 мкм. Толщина реек 2-3 мкм, длина превышает ширину в 4-5 раз, внутри кристаллов повышенная плотность дислокаций 1010-12см-2. Мн у такого мартенсита намного выше комнатной. В легированных сталях 70Х18, в углеродистых (0,5-1%С) наблюдается сталях «баттерфляй» мартенсит это сочленение 2 пластин М.(см. рис) . В углеродисных сталях с Мн =150-300 С баттеррфляй мартенсит располагается среди мелких реек и наз. пластинчатым мартенситом. В углеродистых сталях У13,У15 с Мн около комн Т образуется линзовидный М - остроконечные зигзаги и молнии(см. рис.) Линзы являются сростком 2 двойникованных кристаллов, граница между ними, состоящая из тонких двойников (20-50нм) наз. мидрибом. По обе стороны от мидриба располагаются дислокации с плотностью 109-10см-2.Плоскость габитуса (мидриба) (259)γ. В высоколегированных сталях с Мн=-120—180С образуется полностью двойникованный тонкопластинчатый М. В марганцевых сталях в результате ГЦК-ГПУ перестройки образуется ε-мартенсит.

Размеры кристаллов любой морфологии мартенсита определяются величиной исходного зерна аустенита.

Характерной особенностью М яв-ся высокая твердость и прочность. Твердость М растет с увеличением содержания углерода: например, у стали с 0,2мас.%С-35 НRС, 0,4мас.%С-45, 0,6мас.%С 65 HR (предел прочности 1000, 1500, 2600МПа). Однако с повышением твердости растет склонность к хрупкому разрушению. Мартенситная структура с более чем 0,35%С обладает низкой пластичностью, разрушается хрупко. У эвтек. и заэвтектоидных сталей появляется склонность с закалочным трещинам (из-за большего уд. объма мартенсита. Уд объем аустенита при содержании 0,2-1,4 %С 0,12227-0,12528, мартенсита 0,12708-0,13061см3/г.

Причины высоких прочностных свойств: образование пересыщенного тв. раствора, высокой плотности дислокаций (1010-12)), большое число различного рода границ, затрудняющих движение дислокаций. Хрупкость М связана с образованием атмосфер Коттрелла на дислокациях, дефектах строения.

Лекция 5

Бейнитное (или промежуточное )превращение (БП)

БП протекает в температурной области между ПП и МП, в результате образуется бейнит, представляющий собой структуры, состоящую из ά-тв. р-ра, претерпевшего мартенситное превращение и пересыщенного углеродом, и частиц карбидов. Различают в зависимости от Т образования структуру верхнего и нижнего бейнита. ВБ образуетстя при Т 500-350С, имеет «перистый» вид, в котором частицы карбидов выделяются не виде пластинок как в перлите, а виде грубых тонких частиц. НБ об-ся при Т от 350 до Мн, имеет игольчатое пластинчатое строение, карбиды располагаются в пластинках ά-фазы.

Кинетика имеет «С» образный характер.

Механизм БП. БП сочетает с себе элементы ПП и МП, диффузионное перераспределение углерода в аустените и между продуктами распада и сдвиговое пре вращение γ→ ά. Механизм образования В и НБ в принципе одинаков. Различие в том, что в области образования ВБ происходит диффузия и распределение углерода в аустените, что приводит к обеднению α-фазы, поэтому выделение карбидов происходит из аустенита, При образовании НБ, наоборот, карбиды выделяются в кристаллах альфа-фазы. БП как и МП может до конца не идти, присутствует нераспавшийся остаточный аустенит

Мех св-ва стали с бейнитной структурой (см. рис)

Образование ВБ (550-450) снижает пластичность стали по сравнению со структурой, образовавшейся при ПП (из-за выделения грубых карбидов по границам ферритных зерен), твердость и прочность почти не изменятся или незначительно снижаются.

При образовании НБ наблюдается некоторое повышение свойств (и прочности и пластичности). НБ по сравнению с сорбитом и трооститом имеет более высокую твердость и прочность с сохранением высокой пластичности. Основанная на образовании НБ ТО – изотермическая закалка - часто применяется для упрочнения ответственных деталей, т. к. дает высокий комплекс свойств.

Превращение мартенсита и ост. аустенита при нагреве(отпуск стали)

ОТПУСК - это вид ТО, заключающийся в нагреве закаленного на мартенсит металла до температур ниже полиморфного превращения, выдержке при этой температуре и охлаждении с определенной скоростью.

Для сталей отпуск заключается в нагреве ниже Ас1.

Структура закаленной стали – мартенсит и остаточный аустенит - являются неравновесными фазами, при нагреве должен происходить их переход в более устойчивые фазы - Ф и Ц. Процесс диффузионный, его скорость обусловлена температурой.

Для сталей отпуск делится на низкотемпературный 120-250 С, после такого отпуска структура носит название мартенсит отпуска

Среднетемпературный 350-450, получающаяся структура носит название троостит отпуска.

Высоко температурный 450-680 получающаяся структура носит название сорбит отпуска.

При температурах 120-250С сначала начинает распадаться мартенсит, происходит его расслоение на два тв. р-ра: обогащенный и обедненный по углероду с формированием тонких (неск. атомных слоев) прослоек карбида (это образуется ГПУ e-карбид Fe2C, который отличается от цементита). При температурах 200-350С диффузия углерода возрастает, кристаллы карбидов укрупняются, а концентрация углерода в кристаллах мартенсита выравнивается. Углерод уходит из решетки М, его степень тетрагональности уменьшается и становится равной 1. Однако решетка М остается упругоискаженной, имеет повышенную плотность дислокаций.

Отпущенный М отличается от М закалки меньшей концентрацией в нем углерода и включением дисперсных кристаллов e-карбида, когерентно связанных с решеткой М.

ЛЭ не оказывают влияния на распад М только ниже 200, при более высоких температурах ЛЭ тормозят распад М, препятствуют образованию e-карбида. Поэтому в углеродистых сталях отпущенный М обладает высокой твердостью лишь до 250-350С, в легированных до 450-500С.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6