Отжиги второго рода. Отжиги углеродистых сталей.

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 75Следующая ⇒

Сплавы железа с углеродом при содержании его до 2,14 % без других легирующих элементов носят название «углеродистые стали».

К сталям применяют как универсальные отжиги (отжиги I рода), так и отжиги II рода: перекристаллизационный (полный), сфероидизирующий (неполный), нормализацию. При отжигах II рода в сталях происходят равновесные фазовые превращения.

Равновесные фазовые превращения в сплавах обычно изображаются графически на диаграммах состояния. Диаграммы состояния (или фазовые диаграммы) двойных сплавов строятся в координатах «температура – концентрация второго компонента».

Диаграмма состояния отражает равновесные фазовые превращения, потому что строится для условия очень медленного охлаждения сплавов из жидкого состояния до комнатной температуры.

Фазовые превращения в сталях можно проследить на части диаграммы «железо – углерод». Эта диаграмма показывает фазовый состав сплавов железа с углеродом с концентрацией от чистого железа до первого промежуточного соединения – карбида железа Fe₃C, который традиционно называется «цементит». Цементит образуется при концентрации углерода 6,67 %. (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Фрагмент диаграммы состояния «железо-цементит»

На диаграмме «железо-цементит» (Fe - Fe₃C) изображены:

– линии; они являются границами фазовых областей; «пересечение» фазовой границы при изменении температуры (при нагреве или охлаждении) означает фазовое превращение одной фазы в другую;

– линия ликвидуса – самая верхняя линия на диаграмме, при пересечении которой во время охлаждения сплава начинается образование твердой фазы;

– линия солидуса, показывает температуры, при которых заканчивается образование твердой фазы.

– фазовые области; двухфазные области соседствуют с однофазными.

Компонентами данной системы являются железо и углерод.

Железо – металл с температурой плавления 1539°С. Железо полиморфно: имеет три модификации: α, γ, δ. Модификации α и δ имеют объемноцентрированную решетку (ОЦК). Высокотемпературная модификация δ - Fe существует от температуры 1392°С до температуры плавления. Она не играет роли в твердофазных превращениях железоуглеродистых сплавов. Модификация α - Fe (или Fe_α) существует при температурах до 911°С. До температуры 768°С (точка Кюри) оно ферромагнитно, выше – парамагнитно. Модификация γ - Fe (Fe_γ) существует в интервале температур 911 - 1392°С. Кристаллическая решетка γ - железа – гранецентрированная (ГЦК); оно парамагнитно.

Углерод – металлоид. В сталях и чугунах углерод присутствует либо в твердых растворах внедрения, либо в виде химического соединения Fe₃C. Фазамисистемы Fe – Fe₃C в твердом состоянии являются: твердые растворы – феррит (Ф или α) и аустенит (А или γ), и промежуточная фаза, химическое соединение – цементит Fe₃C (Ц).

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Различают низкотемпературный α-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный δ-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1 %. В дальнейшем будет рассматриваться только α - феррит, который обозначается просто «феррит» (Ф). Протяженность ферритной области на диаграмме Fe - Fe₃C, обозначенная точками GPQпо концентрации незначительна: содержание углерода в феррите при комнатной температуре составляет всего 0,006 %.

Механические свойства: (феррит подобен чистому железу), это - мягкая, пластичная фаза со следующими характеристиками: σ_в = 250 - 300 МПа; δ = 45 - 50 %; НВ 80 - 90.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ - железе. Нижняя часть аустенитной области ограничена точками GSE. Фазовая область аустенита существенно больше феррита, как по концентрации, так и по температуре. Предельная растворимость углерода в аустените составляет 2,14 % (при температуре 1147ºС).

Механические свойства: при повышенной температуре аустенит имеет высокую пластичность (δ = 40 – 50 %); при охлаждении до комнатной температуры его твердость составляет 170 - 200 НВ.

Цементит (Ц) – это химическое соединение железа с углеродом (при 6,67 % С), карбид железа с формулой Fe₃C; имеет сложную ромбическую решетку. Температура плавления цементита 1250°С.

Механические свойства. Цементит – соединение с ковалентно-металлической связью, имеет высокую твердость (800 НВ) и почти нулевую пластичность, а также высокую хрупкость. Влияние цементита на свойства железоуглеродистых сплавов зависит от его количества в структуре и формы его частиц. В общем случае, чем больше цементита содержит сплав, тем большую твердость он имеет.

Цементит, в зависимости от реакции образования при охлаждении сплавов системы Fe - Fe₃C, подразделяют на первичный, вторичный и третичный. Первичный Ц_I образуется из жидкой фазы ниже линии DC. Вторичный Ц_II выделяется из аустенита (ниже линии ES). Третичный Ц_III выделяется из феррита.

Точка Р показывает предельную концентрацию углерода при температуре 727 ºС – 0,02 % С. Точка Q соответствует растворимости углерода при комнатной температуре – 0,006 %. Сплавы, содержащие менее 0,02 % С (левее точки Р), называют техническим железом.

На рис. 2.21. показан фрагмент диаграммы Fe - Fe₃C в области с сталей.

Рис. 2.21. Часть диаграммы, область сталей

Фазовые области в стальной части диаграммы:

– однофазные: феррит – область GPQ ,; аустенит – область NJESG ;

– двухфазные: аустенит + цементит – область SEFK ; феррит + аустенит – область GPS ; феррит + цементит – область ниже линии PSK .

При выборе температур отжигов ориентируются на линии этой диаграммы, ограничивающие однофазные и двухфазные области. В практике термообработки сталей эти линии имеют специальное обозначение (табл. 2.6). Эти линии являются геометрическим местом критических точек сталей. Критические точки на диаграмме железо - цементит – температуры, при которых в сталях устанавливается фазовое равновесие.

Таблица 2.6

Общепринятые обозначения линий и критических точек

на диаграмме железо-цементит

Линия	Обозначение
Линия	Общее	При нагреве	При охлаждении
GS	A₃	Ac₃	Ar₃
PSK	A₁	Ac₁	Ar₁
SE	A_m	A_cm ( A_Сcm )	Ar_cm

Фазовые превращения при охлаждении из аустенитной области.

Сочетание фазовых превращений в сталях зависит от содержания углерода. По содержанию углерода и стали подразделяют на доэвтектоидные, эвтектодные и заэвтектодиные (рис. 2.22).


а	б	в

Рис. 2.22. Микроструктура сталей после медленного охлаждения:

а – эвтектоидная (х 500), б – доэвтектоидная (х 200), в – заэвтектоидная (х 300)

Сталь, содержащие 0,8 % углерода называется эвтектоидной. При охлаждении из аустенитной области в ней происходит фазовое превражение – распад твёрдого раствора с образованием эвтектоида:

А → [Ф + Ц]

Эвтектоид носит название перлит (П). Перлит – это структура, состоящая из двух фаз: феррита и цементита, частицы которых имеют пластинчатое строение (рис.2.22, а).

Стали с содержанием углерода менее 0,8 % называются доэвтектоидными. В доэвтектоидных сталях при медленном охлаждении из аустенитной области ниже линии Ас₃ сначала происходит полиморфное равновесное превращение по реакции А→ Ф, а затем при достижении температуры А_с1 – эвтектоидный распад аустенита.

Таким образом, доэвтектоидная сталь после охлаждения до комнатной температуры в результате двух фазовых превращений имеет фазовый состав: Ф+П (табл. 2.7, рис.2.21, б).

Стали с содержанием углерода более 0,8 % – называются заэвтектоидными. В этих сталях при охлаждении ниже линии A_cm происходит распад аустенита по реакции: А → Ц_II. Аустенит при температуре ниже А₁ претерпевает эвтектоидный распад с образованием перлита.

В результате двух фазовых превращений заэвтектоидная сталь после охлаждения имеет фазовый состав: П + Ц (рис.2.21, в).

Таблица 2.7.

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 332; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!