Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Ріст зерна аустеніту при нагріванні





Зародки аустеніту при нагріванні вище А1 утворюється на границі розділу ферит – карбід. При такому нагріванні число зародків завжди достатньо велике і початкове ( вихідне) зерно аустеніту дрібне.

При подальшому підвищенні температури чи збільшенні часу витримки при даній температурі проходить ріст зерна аустеніту, термодинамічно виправданим намаганням системи до зменшення вільної енергії внаслідок скорочення поверхні зерен.

В основі механізму росту зерен аустеніту лежить міграція великокутових границь. Таким чином, ріст зерна контролюється дифузійним переходом атомів через великокутову границю.

Розмір зерна, що утворився при нагріванні до даної температури, звичайно, не змінюється при наступному охолодженні. Здатність зерна аустеніту до зростання неоднакова навіть у сталей одного марочного складу, внаслідок впливу умов виплавляння. Розрізняють два типи сталей по схильності до зростання зерна: спадково дрібнозернисті і спадково крупнозернисті.

У спадково дрібнозернистій сталі при нагріванні до 950 – 1000 0С зерно мало збільшується, але при більш високому нагріванні наступає стрімке зростання зерна. У спадково крупнозернистій сталі, навпаки, стрімке зростання зерна спостерігається навіть при незначному перегріванні вище А1. Різна схильність до зростання зерна визначається умовами розкислювання сталі та її складом.

Легування сталей, яке обумовлює уповільнення дифузійних процесів, буде стримувати зростання зерна, яке контролюється дифузією. Терміни спадково дрібнозерниста та спадково крупнозерниста сталь не означає того, що вона завжди буде мати крупне чи дрібне зерно. Спадкове зерно, яке отримане в стандартних умовах технологічної проби вказує тільки на те, що при нагріванні до певних температур спадково крупна зерниста сталь набуває відносно більш крупне зерно при більш низькій температурі, ніж сталь дрібнозерниста.



Розмір дійсного зерна аустеніту обумовлений температурою нагрівання, тривалістю витримки при ній і схильністю даної сталі до зростання зерна при нагріванні.

Довготривале нагрівання сталей при температурах значно вищих А3 чи Асm, призводить до утворення крупного дійсного зерна. У перегрітої сталі злам камнеподібний. Поверхня руйнування зламу характеризується горбкуватою грубозернистою будовою ( зерна без металічного блиску, начебто оплавленні)

У перегрітій сталі нерідко чітко проявляється те, що ферит утворюється по зсувному механізму перетворення. Зростання відманштетових кристалів фериту проходить при високих температурах в умовах дифузійного відводу вуглецю. Перегрів різко знижує ударну в’язкість і цей дефект термічної обробки може бути усунений повним відпалом.

Ще більш високе нагрівання, ніж при перегріванні і до того ж в окислювальному середовищі, призводить до перепалу сталі; він супроводжується утворенням по границях зерен окислів заліза. При цьому також утворюється камневидний злам, який є більш крупнозернистим. Перепал – невиправний дефект сталі.

Величина зерна сталі суттєво не впливає на стандартний комплекс механічних властивостей, які отримують при випробуваннях на статичне розтягування ( δ, σ0,2, σв, ψ) і твердість, але при зростанні зерна різко знижується ударна в’язкість, зменшується робота розповсюдження тріщини і підвищується поріг холодноламкості. Значення К при збільшенні розміру зерна зростає. Чим крупніше зерно тим сильніше сталь схильна до деформації та гартувальних тріщин. Це все необхідно враховувати при виборі режимів термічної обробки. Різнозернистість сильно знижує конструкційну міцність, спричиняє окрихчування в зонах, які розташовані біля концентраторів напружень.

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту

Якщо сталь з вихідною структурою аустеніту, який отриманий в результаті нагрівання до температури вище Ас3 ( для доевтектоїдної сталі) чи вище Асm ( для заевтектоїдної сталі), переохолодити до температури А1, то аустеніт стає метастабільним і зазнає перетворення.

Для опису кінетики перетворення переохолодження аустеніту користуються експериментально побудованими діаграмами час – температура, ступінь розпаду або діаграми ізотермічного перетворення аустеніту, тобто перетворення, що протікає при постійній температурі ( ТТТ – time – temperature – transformation).

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту складається з двох кривих – початку розпаду аустеніту і повного його розпаду. Область, яка лежить зліва від кривої початку розпаду аустеніту відноситься до інкубаційного періоду; в інтервалі температур і часу, що визначаються цією областю, існує переохолоджений аустеніт, який практично не зазнає помітного розпаду. Тривалість інкубаційного періоду характеризує стійкість переохолодженого аустеніту. При збільшенні переохолодження його стійкість швидко зменшується, і досягає мінімуму, а далі знову зростає.

При температурі найменшої стійкості аустеніту швидкість переохолодження дуже велика. Зменшення стійкості аустеніту і збільшення швидкості його перетворення при збільшені ступеня переохолодження, пояснюється зростанням різниці вільних енергій аустеніту і фериту. При цьому зменшується розмір критичного зародка, який здатний до росту, та збільшується кількість об’ємів у вихідному аустеніті, у яких можуть виникати зародки нових фаз – фериту і цементиту. Підвищення стійкості аустеніту і зменшення швидкості його перетворення при великих ступенях переохолодження визначається зниженням швидкості утворення і росту нових фаз внаслідок уповільнення процесу дифузії.

При переохолодженні аустеніту до температури, яка рівна чи нижча мартенситній точці (Мn), що відповідає температурі початку перетворення переохолодженого аустеніту в мартенсит, дифузійні процеси повністю подавляються і утворення структури, яка складається із фериту і цементиту, стає неможливою. У цьому випадку протікає бездифузійне перетворення аустеніту в структуру загартованої сталі, що називається мартенситом.

В залежності від ступеня переохолодження аустеніту розрізняють три температурні області, чи стадії перетворення:

- перлітну

- область проміжного перетворення

- мартенситну

Перлітна область у вуглецевих сталях розповсюджується на інтервал температур від точки А1 до вигину ізотермічної діаграми ( ~ 5500С). При даних температурах відбувається дифузійний розпад з утворенням структури фериту і цементиту – перліту.

Проміжне перетворення протікає при температурах від вигину кривої ( ~ 5500С) до точки Мn. Це перетворення має ряд особливостей, які характерні як для перлітного ( дифузійного) так і для мартенситного ( бездифузійного) перетворення. Як результат, при перетворенні переохолодженого аустеніту, утворюється структура, що називається бейнітом.

Нижче температури, що відповідає точці Мn, переохолоджений аустеніт бездифузійно перетворюється у мартенсит.

Перлітне перетворення

Перлітне перетворення переохолодженого аустеніту носить кристалізаційний характер і розпочинається по дифузійному механізму. Це витікає з того, що аустеніт вуглецевої сталі практично однорідний по концентрації вуглецю, розпадається з утворенням фериту ( майже чисте залізо) і цементиту, який містить 6,67%С, тобто складається із фаз, які мають різку різницю по концентрації вуглецю. Основною, в першу чергу виникаючою, фазою при цьому є цементит. Як правило його зародки утворюються на границях зерен аустеніту.

В результаті росту частинок цього карбіду аустеніт, що примикає до нього, збіднюється вуглецем, знижує свою стійкість і шляхом поліморфного α в γ перетворення переходить у ферит. Це перетворення, як і люба перебудова кристалічної гратки, проходить зсувним шляхом. При цьому кристалики фериту зароджуються на між фазних границях з цементитом, де цей процес полегшується.

Подальше зростання феритних пластинок призводить до збагачення аустеніту вуглецем, що затрудняє подальший розвиток α в γ перетворення. У збагаченому таким чином вуглецем аустеніті зароджуються нові і ростуть раніше утворені пластинки цементиту. В результаті утворення і росту частинок карбідів знову створюються умови для виникнення нових і росту уже утворених кристаликів фериту. В результаті відбувається колоніальний (сильний) ріст кристаликів фериту і цементиту, які утворюють перлітну колонію. Розмір перлітних колоній і перлітних субколоній тим менше, чим дрібніше зерно вихідного аустеніту і більша ступінь його переохолодження.

Продукти перлітного перетворення мають пластинчасту будову. Чим більше переохолодження, тим тонкішою буде утворена ферито – цементитна структура, тобто менша величина міжпластинчастої відстані, яка дорівнює усередненій сумі товщин двох пластинок фериту і цементиту. При переохолодженні аустеніту до температур 700-6000C утворюється Ф – Ц суміш з між пластинчастою відстанню 0,6 – 1,0 мкм, в інтервалі температур 650-6000C переохолоджений аустеніт розпадається на Ф –Ц суміш у якої між пластинчаста відстань дорівнює 0,25 – 0,3 мкм, а в разі переохолодження аустеніту до температур 600-5500C він розпадається на Ф –Ц суміш, у якої відстань дорівнює 0,1 – 0,15 мкм. Ферито – цементитні суміші, які утворилися в різних температурних інтервалах, і які мають різні розміри, називаються відповідно перліт, сорбіт і троостит. Поділ Ф – Ц суміші на П, С, Т є чисто умовний і між ними немає чіткої границі, вони мають пластинчасту будову, відрізняються ступенем дисперсності, а відповідно і мають різні твердості, тимчасовий опір, межу плинності і витривалості. Твердість у П - 180 -250 НВ, С – 250 – 350 НВ, у Т – 350 – 450 НВ.

Мартенситне перетворення

Мартенситне перетворення протікає тільки у тому випадку, якщо швидким охолодженням аустеніт переохолоджується до низьких температур ( 2000С і нижче), коли дифузія як вуглецю, так і заліза стає неможливою. При мартенситному перетворенні не проходить перерозподіл компонентів між аустенітом і мартенситом, тому його можна розглядати, як фазові перетворення в однокомпонентній системі. Для початку мартенситного перетворення необхідно велике переохолодження аустеніту (т. Мn) при якому значення різниці об’ємної вільної енергії аустеніту і мартенситу буде більшим приросту поверхневої та пружної енергії (∆ Fоб > ∆ Fпов +∆ Fпр ). Таким чином, мартенситне перетворення носить бездифузійний характер, воно проходить шляхом зсуву і не супроводжується зміною складу твердого розчину.

Мартенситне перетворення не можна подавити швидким охолодженням, як це може бути при дифузійних перетвореннях. При переохолодженні до температури, що відповідає точці початку (т. Мn ~ 2000С) мартенситного перетворення аустеніт починає перетворюватись у мартенсит. Щоб мартенситне перетворення розвивалось, необхідно безперервно охолоджувати сталь нижче температури Мn. Якщо охолодження припинити, то мартенситне перетворення також зупиниться. Ця особливість мартенситного перетворення різко відрізняє його від дифузійного перлітного перетворення, яке повністю протікає в ізотермічних умовах при температурі нижче точки А1. Залежність кількості мартенситу, що утворився, від температури, до якої охолоджений зразок, описується мартенситною кривою. Чим нижча температура, тим більше утворюється мартенситу. Кількість мартенситу при цьому зростає у результаті утворення все нових і нових кристалів, а не внаслідок росту кристалів, які утворились і які мають когерентну межу. При досягненні для кожної сталі температури, перетворення аустеніту в мартенсит припиняється. Цю температуру закінчення мартенситного перетворення називають температурою мартенситного перетворення. Положення точок Мn і Мк не залежить від швидкості охолодження і обумовлено хімічним складом аустеніту. Чим більше в аустеніті вуглецю, тим нижчі температури Мn і Мк. Всі легуючі елементи, які розчиняються в аустеніті, за виключенням Со і Al, знижують точки Мn і Мк.

Нова фаза, яка утворилася при мартенситному перетворенні називається мартенситом і представляє собою пересичений твердий розчин вуглецю в α – залізі. Якщо в рівноважному стані розчинність вуглецю в α – залізі при кімнатній температурі не перевищує 0,006%С, то його вміст у мартенситі може бути таким, як і у вихідному аустеніті.

Атоми вуглецю займають октаедричні пори вздовж осі (0001) в гратці α – заліза ( мартенситу) і значно її спотворюють. Мартенсит має тетрагональну гратку, в якій один період „ с “ більший за інший - „ а“. При збільшенні вмісту вуглецю висота тетрогональної призми зростає „ с “, а розмір її основи зменшується. Відповідно, чим більше в мартенситі вуглецю, тим більше відношення с/a, тобто більша тетрогональність гратки. Відношення с/a = 1+0,046С, де С – концентрація вуглецю в аустеніті, % за масою.

Є різні види мартенситу за механізмом утворення:

- мартенсит напруження

- мартенсит деформації

- мартенсит охолодження.

Кристали мартенситу в залежності від складу сталі, а відповідно і від температури свого утворення можуть мати різну морфологію і субструктуру. Розділяють два типи мартенситу:

- пластинчастий

- рейковий

Пластинчастий мартенсит утворюється у високовуглецевих сталях, що характеризується низькою температурою мартенситної точки. У цьому випадку кристали мартенситу складаються в своїй середній частині з великої кількості мікродвійників, що утворюють зону підвищеного травлення, яка називається мідрібом.

Коли кристали пластинчастого мартенситу розташовуються в площині шліфа, вони мають вигляд голок.

У конструкційних вуглецевих і легованих сталях більша частина кристалів мартенситу має форму таких рейок (рейковий мартенсит) витягнутих в одному напрямку. Рейки часто утворюють пакет. Такий високотемпературний мартенсит називають масивним на відміну від голчастого.

Розміри кристалів мартенситу визначаються величиною вихідного зерна аустеніту. Вони є тим більші, чим більше зерно аустеніту. Перша пластина мартенситу має довжину, що відповідає поперечному розміру зерна аустеніту, кристали, що утворюються при більш низьких температурах, обмежені у своєму розвитку, і мають менші розміри.

У загартованих сталях, що мають точку Мk нижче 200С, і зокрема у вуглецевих сталях, що містять більше 0,4 – 0,5% С, є присутній аустеніт, який називають залишковим – А зал. Його кількість зростає із зниженням Мn та Mk, тобто із ростом вмісту вуглецю і легуючих елементів у аустеніті. Сталь з 0,6 – 1,0% С має до 10% А зал , а 1,3 – 1,5% - 30 – 50 А зал.

Твердість мартенситу залежить від вмісту вуглецю, для сталі з 0,6 – 0,7%С твердість складає 65HRC.







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2022 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.