Вопросы для самопроверки
В виде каких аллотропных (полиморфных) модификаций в зависимости от температуры может существовать железо? Дайте их общую характеристику.
Приведите физико-механические показатели железа?
Охарактеризуйте химические свойства железа?
Чем можно объяснить большую растворимость углерода в -железе по сравнению с его-модификацией?
Какие твердые растворы образуются при растворении углерода в железе? Какова их структура? Как она влияет на свойства раствора?
Какое химическое соединение, образующееся в системе железо - углерод, приводится на одноименной диаграмме состояния? Какова его кристаллическая решетка? Почему его называют цементитом?
Какие двухфазные структуры образуются в системе железо – цементит? Назовите и охарактеризуйте их?
Почему диаграмму состояния железо – углерод отображают только до [C] = 6,67 % масс?
Приведите значения температуры и концентраций углерода в характерных точках диаграммы состояния. Каким структурам и превращениям они соответствуют?
По основной диаграмме состояния проанализируйте процессы кристаллизации сплавов с концентрацией углерода: а) от 0 до 0,5 %; б) от 0,5 до 0,8 %; в) равную 0,8 %; г) в интервале 0,8 – 2,14 %; д) от 2,14 до 4,31 %; е) равную 4,31 % и ж) в интервале 4,31 – 6,67 %.
Какие конечные структуры имеют стали и чугуны, образующиеся в предыдущих диапазонах концентраций углерода на диаграмме состояния?
Как структурный и фазовый состав стали и чугуна зависят от содержания углерода и температуры?
1.5. Термическая обработка стали
1.5.1. Основы технологии термической обработки
Термическая обработка (ТО) это совокупность последовательных процессов нагрева сплавов до определенной температура - Т, С; выдержки в установленное время -, мин и последующим охлаждением с различной скоростью -V,С/c.
Цель ТО - изменение внутреннего строения (фазового состава и размера зерен) металлического сплава для получения необходимых механических свойств (прочности, твердости, пластичности и др.).
Термическая обработка может быть промежуточной и окончательной. Главной задачей промежуточной ТО является снижение твердости стали для ее лучшей отделкой режущим инструментом или обработкой металлов давлением. Окончательная ТО изделий преследует цель придать стали такие свойства, которые требуются в условиях эксплуатации деталей. В результате окончательной термической обработки получают не только лучшее сочетание механических свойств, но и высокие физико-химические характеристики, например показатели коэрцитивной силы, коррозионной стойкости, теплостойкости режущих инструментов и т. д.
Основой для анализа и построения технологического процесса термической обработки является диаграмма состояния железо-цементит, а именно, левый нижний (стальной) угол части диаграммы (рис. 1.44).
Критические точки нагрева и охлаждения выбираются в соответствии с диаграммой состояния и обозначаются заглавной буквой «А» (от французского слова «arret» - остановка). Для процесса нагрева у них ставят индекс «с» - Ас, а для охлаждения «г» - Аг. Первая из них – А1 (Аг1 или Ас1) – лежит на линии PSK и соответствует аустенитно-перлитному превращению ↔ (+Fe3C) при 727 °С. Вторая же – А2 – располагается на линии МО и обозначает магнитный переход – ферромагнитного железа в парамагнитное.
Рис. 1.44 - «Стальной» участок диаграммы состояния железо-цементит
Третья - А3 (Аг3 или Ас3) располагается на кривой GS и отвечает началу выпадения феррита (Аг3) и концу его растворения (Ас3) соответственно при нагреве и остывании конструкционных (доэвтектоидных) сталей. Четвертая точка А4, лежащая на линии NJ и отвечающая перитектическому превращению аустенита в высокотемпературный феррит и наоборот в верхнем левом углу диаграммы, при температурах 1500 – 1329 °С соответственно при нагреве и охлаждении. Пятая точка «Аm», находящаяся на отрезке SE, отражает начало формирования вторичного цементита (Агm) и конец его растворения (Асm) в процессе охлаждения и разогревания сталей. При ТО используют три точки из пяти: А1, А3 и Аm.
Различают четыре основных вида термической обработки: 1) отжиг I рода; 2) отжиг II рода - нормализация; 3) закалка; 4) отпуск или старение. Первые два типа – отжиг и нормализация называются предварительными операциями термообработки и преследуют цель подготовить структуру металла к последующим способам обработки (механическая, штамповка, сварка и так далее). Два последующих вида – заключительные, придают металлам и сплавам окончательные свойства, требуемые на готовой детали по нормативной документации.
Любой вид ТО может быть представлен графиком в координатах температура-время, называемых термограммами – схемы режимов ТО (рис. 1.45).