- •Министерство образования и науки украины
- •1. Железоуглеродистые сплавы
- •1.1. Компоненты железоуглеродистых сплавов
- •1.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fе3c)
- •1.3. Структурные составляющие в системе Fe – Fe3с
- •1.4. Характеристика отдельных точек и линии диаграммы Fe-Fe3с
- •Первичная кристаллизация белых чугунов происходит при 1147°с. Перекристаллизация – при 727 0с.
- •1.5. Влияние постоянных примесей на свойства углеродистой стали
- •2. Теория термической обработки
- •2.1. Классификация видов термической обработки
- •2.1. Превращения в стали при нагреве
- •2.2 Влияние величины зерна на свойства стали
- •2.3. Превращения в стали при охлаждении
- •2.4. Превращения в закаленной стали при нагреве
- •2.5. Влияние термической обработки на свойства стали
- •3. Технология термической обработки
- •3.1. Отжиг
- •3.2. Закалка.
- •3.2.1. Особенности закалки
- •3.2.2. Способы закалки.
- •3.2.3. Дефекты закалки.
- •3.3. Oтпуск стали.
- •3.4. Старение сплавов
- •4. Химико-термическая обработка (хто).
- •5. Классификация и принцип маркировки сталей. Углеродистые стали
- •5.1. Классификация сталей
- •5.2. Маркировка сталей
- •У8 - содержит 0,8 % с
- •Б – ниобий ц – цирконий п – фосфор а - азот (если буква находится в середине марки)
- •5.3. Легирующие элементы в стали
- •6. Конструкционные стали
- •6.1. Конструкционная прочность
- •6.2. Методы повышения конструкционной прочности.
- •6.3. Виды конструкционных сталей
- •7. Инструментальные стали и сплавы
- •7.1. Основные свойства инструментальных сталей и факторы, влияющие на них.
- •1. Эксплуатационные свойства.
- •2. Технологические свойства.
- •7.2. Стали для режущего инструмента.
- •7.3. Быстрорежущие стали.
- •8. Коррозия металлов. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •8.1. Основные виды коррозии
- •8.2. Защита от коррозии (покрытия)
- •8.3. Контроль покрытий
- •8.4. Коррозионностойкие стали.
- •8.6. Жаропрочные стали
- •8.7. Сплавы с особыми упругими и тепловыми свойствами
- •8.8. Магнитные стали и сплавы
- •8.9. Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
- •8.10. Графитизированная сталь
- •9. Микроскопический анализ сталей и чугунов
- •9.1. Общие сведения.
- •9.2. Крепление образцов. Шлифовка. Полировка.
- •9.3. Травление.
- •9.4. Микроанализ сталей
- •9.5. Микроанализ чугунов
- •9.6. Реактивы для выявления структуры сталей и чугунов
- •10. Макроскопический анализ металлов и сплавов
- •10.1. Сущность макроскопического анализа
- •10.2. Металлургические дефекты
- •10.3. Дефекты технологического происхождения
- •10.4. Эксплуатационные дефекты в условиях воздействия постоянных нагрузок
- •10.5. Эксплуатационные дефекты в условиях воздействия
- •11. Износостойкость сталей
2.4. Превращения в закаленной стали при нагреве
Мартенсит – неравновесная структура. Ввиду больших объемных изменений при быстром охлаждении возникают большие внутренние напряжения. Поэтому изделия после закалки подвергают отпуску. Процессы, протекающие в закаленной стали при нагреве, фиксирует такой прибор, как дилатометр, который показывает фазовые или структурные изменения за счет изменения объема (сравнение эталонного отожженного образца и закаленного).
Различают четыре основных превращения, происходящих при нагреве закаленной стали.
1 превращение происходит в интервале температур 80-200 0С. При этих температурах в отдельных участках мартенсита выделяются тончайшие пластины карбида. В непосредственной близости от образовавшегося карбида твердый раствор обедняется углеродом, уменьшается тетрагональность мартенсита. Но при этих температурах ввиду малой скорости диффузии концентрация не успевает выравниваться. Поэтому в одном зерне могут существовать два твердых раствора с одинаковым типом решетки, но с разной концентрацией углерода.
Кристаллы образовавшегося карбида не растут. Процесс развивается за счет выделения новых частиц в тех участках мартенсита, который имеет исходную концентрацию углерода.
В результате первого превращения при нагреве получается так называемый отпущенный мартенсит – гетерогенная смесь пересыщенного углеродом α–раствора неоднородной концентрации и не обособленных частиц карбида.
При 2 превращении (200-300 0С) остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит. При этих температурах уменьшаются напряжения, сжимающие зерна аустенита, происходит уменьшение тетрагональности мартенсита, обособление и рост частичек карбида. Внутренние напряжения уменьшаются.
3 превращение происходит при температурах 300-400 0С. Скорость диффузии атомов железа заметно увеличивается, весь избыточный углерод выделяется из решетки феррита. Частицы карбида начинают расти. Образующаяся высокодисперсная смесь феррита и цементита называется трооститом отпуска.
4 превращение – при нагреве выше 400 0С. При этой температуре происходит постепенный рост частичек карбида и их коагуляция. При 550-600 0С размер частичек равен 0,1-0,2 мкм. Такая структура называется сорбитом отпуска. В нем, в отличие от сорбита закалки, цементит имеет округлую форму. При 650-700°С в структуре стали образуется зернистый перлит - наиболее равновесная структура. Отпуск при этих температурах называется улучшением стали.
2.5. Влияние термической обработки на свойства стали
В результате термической обработки существенно изменяются свойства стали. Особое значение имеют механические свойства.
Отожженные, нормализованные или улучшенные стали имеют феррито-цементитную структуру. Твердость таких сталей достигается за счет твердости цементитных включений. При малом их количестве пластическая деформация развивается беспрепятственно, и свойства материала характеризуются невысокой твердостью. Если таких частиц будет больше, т.е., например, при термической обработке зерна карбида измельчаются, то вокруг этих частиц возникает искажение кристаллической решетки, что препятствует движению дислокаций, и сталь упрочняется. Наоборот, при укрупнении частиц освободятся некоторые объемы феррита для движения дислокаций, и способность стали к пластической деформации увеличится.
Высокая твердость мартенсита объясняется тем, что элементарные кристаллические ячейки его искажены, вследствие чего пластическая деформация затруднена и образование сдвигов в мартенсите почти невозможно. При 0,7%С твердость мартенсита достигает максимального значения и при дальнейшем увеличении содержания углерода почти не меняется. Дальнейшее повышение твердости может быть достигнуто за счет исходного мелкозернистого аустенита. В этом случае получается мелкоигольчатый мартенсит.
Изменение твердости при отпуске является следствием изменений в строении стали. При низком отпуске (нагрев до ~ 300 0С) за счет появления новых карбидных зерен в виде пластин и их увеличения твердость стали почти не меняется, но увеличивается ее пластичность. Отпуск при 300 0С приводит к повышению предела прочности и предела упругости за счет снятия внутренних напряжений. При повышении температуры отпуска показатели пластичности увеличиваются. Наибольшее показание пластичности соответствует отпуску при 600-650 0С, когда весь комплекс механических свойств выше, чем у отожженной стали. Термообработка при этих температурах называется улучшением и является основным видом термообработки конструкционных сталей. Показатели ударной вязкости не меняются до температур отпуска 400 0С, после чего начинается интенсивное повышение ударной вязкости с максимумом при 600 0С.