Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита

Бейнит – двухфазная смесь феррита и цементита. Но полиморфный переход происходит по мартенситному механизму.

Превращение начинается с перераспределения углерода, в результате которого одни зоны зерен обедняются, а другие – обогащаются углеродом. В обедненных зонах γ-твердого раствора повышается температура мартенситного превращения. Поэтому происходит оно в первую очередь там. В зонах твердого раствора, обогащенного углеродом протекает карбидообразование – выделение очень мелких кристаллов цементита. По мере обеднения аустенита углеродом развивается мартенситное превращение. К моменту полиморфного превращения γ-твердый раствор не полностью освобождается от растворенного углерода, поэтому кристаллы Fe_α, имеющие форму очень тонких пластин, несколько пересыщены углеродом.

Промежуточное превращение не доходит до конца, часть аустенита остается непревращенной. Чем выше температура превращения, тем больше остается непревращенного аустенита.

Горячекатаные полуфабрикаты, поковки, штамповые заготовки, стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализации подвергают высокому отпуску.

Существует несколько разновидностей отжига. Для конструкционных сталей чаще применяют перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных – сфероидизирующий.

Перекристаллизационный отжиг. Конструкционные стали чаще содержат углерод в количестве до 0,7%, т.е. являются доэвтектоидными.

Отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно снимаются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к снижению пластичности. Кроме того, отливки часто имеют структурные дефекты, которые ухудшают их свойства – крупнозернистость (если температура окончания обработки давлением намного превышает А_с3), либо строчечность в расположении структурных составляющих – феррита и перлита, что обуславливает анизотропию свойств (из-за загрязнения стали сульфидами, фосфором).

Для полной перекристаллизации структуры сталь нагревают до температуры, превышающей А_С3 на 30-50^оС. Затем изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную ферритно-перлитную структуру и низкую твердость и высокую пластичность.

Сфероидизирующий отжиг инструментальных сталей. Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для инструментов, деформирующий металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2%. Это обусловливает высокую твердость, что затрудняет обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Кроме того, заэвтектоидные стали так подготавливают к закалке. Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму. Отсюда и название отжига – сфероидизирующий.

Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770^оС (немного выше, чем А_С1) и последующего медленного охлаждения или изотермической выдержки при 650-680^оС. При такой обработке в стали сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

Ей подвергают конструкционные стали после горячей обработки давлением или литья. Нормализация отличается от отжига условиями охлаждения: после нагрева до температуры, большей А_С3 на 50-70^оС, сталь охлаждают на свободном воздухе.

Это более экономичная термическая операция, она приводит к получению более прочной стали, т.к. при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.

После нормализации, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные различия. При ускоренном охлаждении доэвтектоидный феррит в температурном интервале А_r3 – А_r1 выделяется на границе зерен аустенита; поэтому кристаллы феррита образуют оболочки вокруг зерен аустенита – ферритную сетку.

Нормализация позволяет уменьшить анизотропию свойств, вызванную неметаллическими включениями в горячедеформированной стали. Строчечность структуры менее резко выражена.

Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее пройдет охлаждение, тем выше будет прочность стали.

В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т.е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали.

В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной.

Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, оптимальной температурой нагрева является А_с3+(30-50^оС). Такая температура обеспечивает получение мелкозернистого аустенита, а после охлаждения – мелкокристаллического мартенсита.

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура – А_с1+(30-50^оС). После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Т. к. кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, то заэвтектоидные стали при неполной закалке имеют более высокую твердость, чем при полной.

Высоколегированные инструментальные стали ледебуритного класса подвергают (для повышения теплостойкости) закалке при очень высоких температурах, близких к эвтектической. При этом происходит распад всех вторичных карбидов, аустенит обогащается не только углеродом, но и легирующими элементами (из карбидов). В результате получается высоколегированный теплостойкий мартенсит.

Если высоколегированные стали используют как износостойкие, температуру закалки понижают, сохраняя часть карбидов нерастворенными.

Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения. Для этого изделия очень резко охлаждают, погружая в холодную воду, либо в воду с добавками соли или едкого натра.

Остаточные напряжения, возникающие при резком охлаждении уменьшают с помощью закалки в двух средах (погружением сначала в воду, затем – в масло), или ступенчатой закалки (погружением в жидкость и затем - на воздух.).

Закаливаемость и прокаливаемость сталей – важнейшие характеристики сталей.

Закаливаемость определяется твердостью поверхности закаленной детали и зависит, главным образом, от содержания углерода в стали.

При закалке любых сталей, даже в самых сильных охладителях, поверхность и сердцевина охлаждаются с разной скоростью. Если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше υ_крит (критическая скорость закалки), то деталь не прокалится насквозь, т.е. там не образуется мартенсит.

Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определенную глубину.

Прокаливаемость стали одной и той же марки в зависимости от изменений химического состава, размера зерна аустенита, размера и формы деталей и т.д. колеблется в значительных пределах. В справочниках прокаливаемость характеризуется полосой прокаливаемости.

Условились при оценке прокаливаемости закаленными считать слои, в которых содержится не менее 50% мартенсита (полумартенситная зона). Легирование повышает прокаливаемость.

Нагрев закаленных сталей до температуры, не превышающей А₁ (рис.9.3.1.1) называют отпуском.

При отпуске происходит несколько процессов:

1. Распад аустенита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов.

3. Совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов.

4. Снижаются несовершенства кристаллического строения α-твердого раствора и остаточные напряжения.

Ферритно-карбидную смесь, которая образуется после отпуска мартенситно-аустенитных сталей при температуре 450-650^оС называют сорбитом отпуска; при температуре, близкой к А₁, образуется зернистый перлит.

Многие легирующие элементы повышают температуры второго и третьего превращений, снижают скорость коагуляции карбидов и влияют на карбидные превращения при отпуске. Большинство карбидообразующих элементов увеличивают силы межатомной связи в твердом растворе. Вследствие этого стали приобретают повышенную сопротивляемость отпуску (теплостойкость).

В зависимости от температурного интервала принято различать три вида отпуска: низкий при 120-250^оС, средний при 350-450^оС и высокий при 500-680^оС. Продолжительность выдержки устанавливают с таким расчетом, чтобы обеспечить стабильность свойств стали.

Структура отпущенной сталь формируется в период выдержки при температуре отпуска, интенсивность последующего охлаждения не оказывает влияния на структурное состояние сталь. Обычно от температуры отпуска детали охлаждают на спокойном воздухе.

Характеристики прочности – предел упругости (σ_упр), предел текучести (σ_0,2), временное сопротивление (σ_В) при отпуске до 300^оС увеличиваются, а потом, при повышении температуры, – монотонно уменьшаются. Характеристики пластичности (ψ, δ) возрастают по мере увеличения температуры отпуска. Ударная вязкость (KCU) с повышением температуры увеличивается, но в интервалах 250-350^оС и 500-600^оС заметно снижается (отпускная хрупкость I и II рода). Твердость главным образом снижается при повышении температуры, но это снижение зависит от количества углерода и легирующих элементов. У сталей с добавками Cr, W, Mo и V увеличение твердости наблюдается при 500-560^оС.

Комплексную термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокотемпературного отпуска конструкционных сталей, называют улучшением.

1. Как называется термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для ее получения сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твёрдом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении:

2. Как называется термическая обработка в результате которой металлы или сплавы (не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии) приобретают структуру, близкую к равновесной. Она вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений:

3. Как называется термическая обработка, в результате которой в предварительно закалённых сплавах (с полиморфным превращением) происходит фазовое превращение, приближающее их структуру к равновесной:

4. Как называется термическая обработка, в результате которой в предварительно закалённых сплавах (с переменной растворимостью в твердом состоянии) происходит фазовое превращение, приближающее их структуру к равновесной:

7. Для чего служит нагрев после получения литых изделий (отливок)?

8. Как получить закаленный сплав? Какие свойства он приобретает?

10. Как при старении закаленного сплава получить метастабильные кристаллы или зоны Гинье-Престона. Чем они отличаются от стабильных кристаллов ПФ?

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

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: