Образование структур стали при различных скоростях охлаждения
Аустенита
в зависимости от скорости охлаждения твердого раствора С в γ(Fe) - аустенита образуется одна (или сочетание) из следующих структур: сорбит, тростит, мартенсит.
Образование этих структур приводит сталь в неравновесное состояние и изменяет ее свойства.
Сорбит образуется при охлаждении стали со скоростью 40 - 50°С в секунду, предварительно нагретой до области аустенита. Сорбит представляет собой продукт распада аустенита в интервале температур 650 - 600°С — дисперсную смесь феррита и цементита. Кроме того, он является продуктом распада мартенсита при нагревании его до 650°С (сорбит отпуска). Сорбит отличается от перлита большей степенью раздробления частиц, характеризуется лучшими по сравнению с перлитом упругими свойствами при высокой вязкости. Твердость сорбита близка к перлиту и лежит в пределах 200 - 250 кг/мм2 по Бринеллю. Сорбит устойчив при нагреве стали до 600°С.
Тростит образуется при охлаждении со скоростью 60 - 80°С в секунду стали, предварительно нагретой до области аустенита, и является продуктом распада аустенита в интервале температур 600—500°С. Представляет собой смесь феррита и цементита, но более высокой степени дисперсности, чем в сорбите. Твердость троостита лежит в пределах 300—500 кг/мм2 по Бринеллю. Тростит является также продуктом распада мартенсита при нагреве его до температур 500—600°С.
Мартенсит образуется при охлаждении стали со скоростью 180°С и более в секунду, предварительно нагретой до области аустенита. Он является продуктом распада аустенита при температурах 200°С и ниже. Мартенсит содержит углерода столько же, сколько было растворено в исходном аустените. Поэтому превращение аустенита в мартенсит сводится лишь к изменению вида решетки твердого раствора без его распада. Происходит только перестройка гранецентрированной решетки аустенита в объемноцентрированную решетку а-железа.
|
|
|
Мартенситная структура обычно получается при закалке стали. Закаленная сталь, имеющая мартенситную структуру, находится в напряженном, неустойчивом состоянии и обладает хрупкостью.
Для того чтобы уменьшить хрупкость - ослабить напряжения, сталь подвергают отпуску. При отпуске стали мартенсит превращается в более устойчивые структуры - сорбит отпуска, тростит отпуска.
Превращение аустенита при непрерывном охлаждении
Превращение аустенита удобно рассматривать, если совместить диаграмму кривых охлаждения с диаграммой изотермического распада аустенита. Как известно, диаграмма изотермического распада строится в координатах температура - время, т.е. в тех же координатах, что и кривые охлаждения. Следовательно, на кривую изотермического распада аустенита можно нанести кривые охлаждения (рис. 87).
|
|
|
При малой скорости охлаждения (V1) превращение аустенита будет проходить при температуре порядка 700°С (точка к) Продуктом превращения будет перлит грубого строения обладающий небольшой твердостью. При большей скорости охлаждения (V2) превращение происходит при более низкой температуре, структура перлита становится более тонкой (образуется сорбит) и твердость возрастает. При дальнейшем ускорении охлаждения (V3) температуры превращения все более снижаются и образуется структура троостита, обладающая высокой твердостью.
Кривая V4 показывает частичное превращение в тростит (участок ав) и частичное превращение в мартенсит. При охлаждении со скоростью V5 (касательная к кривой) происходит только мартенситное превращение. Эта минимальная скорость охлаждения, при которой образуется мартенсит, называется критической скоростью закалки. Поэтому для закалки стали на мартенсит ее следует охлаждать со скоростью, равной или превышающей критическую.
Легированные стали
Классификация примесей
В соответствии с классификацией, предложенной Н.Т. Гудцовым, все примеси (химические элементы), содержащиеся в стали, можно разделить на четыре группы:
|
|
|
1. Постоянные или обыкновенные примеси. К этой группе относятся марганец, кремний а также алюминий, которые применяются в качестве раскислителей, эти элементы присутствующие в любой хорошо раскисленной стали, потому что введение их в металл необходимо при производстве стали. в кипящей стали содержание кремния и алюминия очень мало. к постоянным (обыкновенным) примесям следует отнести серу и фосфор, потому что полностью освободиться от них при массовом производстве стали невозможно. Содержание этих элементов находится обычно в пределах:
0,3-0,7% Мn; 0,2-0,4% Si; 0,01-0,02% Al; 0,01-0,05% P и 0,01-0,04% S.
2. Скрытые примеси. Это кислород, водород и азот, присутствующие в любой стали в очень малых количествах. Методы их химического определения сложны, поэтому содержание этих элементов в обычных технических условиях не указывается.
3. Случайные примеси. К этой группе относятся примеси, попадающие в сталь из шихтовых материалов или случайно.
4. Легирующие элементы. Эти элементы специально вводят в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств.
Таким образом стали, в которые для получения требуемых свойств специально добавляют легирующие элементы, называют легированными сталями (легированные стали иногда называют специальными).
|
|
|
Влияние легирующих элементов на феррит
Растворение легирующих элементов в Feа происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Атомы легирующих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.
Естественно, что изменение размеров а-решетки вызывает и изменение свойств феррита — прочность повышается, а пластичность уменьшается.
Перечислим элементы (по возрастающей), повышающие твердость феррита: Cr, W, Mo, Ni, Si, Mn.
снижают ударную вязкость феррита молибден, вольфрам, марганец и кремний (при наличии последних более 1%). Хром уменьшает вязкость значительно слабее вышеперечисленных элементов, а никель вообще не снижает вязкости феррита.
Важное значение имеет влияние элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель интенсивно снижает порог хладноломкости, уменьшая тем самым склонность железа к хрупким разрушениям.
Таким образом, из шести перечисленных наиболее распространенных легирующих элементов особенно ценным является никель. Достаточно интенсивно упрочняя феррит, никель не снижает его вязкость и понижает порог хладноломкости, тогда как другие элементы, если и не снижают вязкости, то слабо упрочняют феррит (хром) либо, сильно упрочняя феррит, резко снижают его вязкость (марганец, кремний).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 4901; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!