16. Влияние формы графитных включений на свойства чугуна со свободным графитом.

Серые, высокопрочные, ковкие чугуны характеризуются тем, что весь углерод в них или часть его находится в свободном состоянии в виде графита, равномерно распределенного в металлической основе. Формы выделения графита (Г) у них различные. По структуре металлической основы эти чугуны могут быть: а) ферритными (из феррита и графита);

б) феррито–перлитными (из феррита, перлита, графита);

в) перлитными (из перлита, графита).

Таким образом, их структура представляет собой ме-ую основу, похожую на доэвтектоидную и эвтектоидную сталь, пронизанную графитными включениями. На графитизацию чугуна существенное влияние оказывает количество присутствующих в нем элементов, наличие центров кристаллизации графита и скорость охлаждения.

Все элементы, вводимые в чугун, делятся на графитообразующие (С, Si, Al, В, Br и др.) и карбидообразующие (Мn, Сr, V, W, Ti, Mo и др.).

Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на графитизацию чугуна. Чем меньше скорость охлаждения, тем полнее протекают процессы графитизации. В серых чугунах графит присутствует в форме пластинок (чешуек). Свойства серых чугунов при одинаковой металлической основе зависят от размеров, количества и распределения графитных включений. Их можно рассматривать как трещины, поры, внутренние разрезы, нарушающие целостность металлической основы. Чем больше графита в чугуне, чем грубее его включения и чем меньше они изолированы друг от друга, тем ниже качество чугуна. С увеличением количества перлита при одной и той же форме графитных включений механические свойства (прочность, твердость) чугуна повышаются.

17. Превращение в сталях при нагреве. Процесс образования аустенита. Перегрев и пережог.

Термическая обработка – совокупность операций нагрева и охлаждения с целью изменить структуру и свойства сплава в нужном направлении. Различают упрочняющую термическую обработку, при которой повышаются твердость, прочность и износостойкость, и разупрочняющую обработку, повышающую пластические свойства и вязкость, но снижающую твердость и сопротивление деформации и разрушению. Для стальных изделий широко применяются оба варианта термической обработки.

Термическая обработка стали основана на фазовых превращениях, происходящих при нагреве ее выше критических температур и охлаждении с различными скоростями. Процесс образования аустенита:

начало превращения феррита в аустенит (Fe  Fe) – Ac1 (эти точки расположены на линии PSK); завершение превращения феррита в аустенит (Fe  Fe) – ^ Ac3 (эти точки лежат на линии GS); окончание растворения цементита в аустените – Accm (точки находятся на линии SE). Следует обратить внимание на то, что точки Ac3 и Accm – свои для каждой стали, а точка Ac1 – одна для всех углеродистых сталей: 727 °С.

В каждой перлитной колонии зарождается несколько зерен аустенита, поэтому при нагреве происходит измельчение зерна. Но важно помнить, что нагрев до слишком высоких температур неизбежно приведет к его росту. При этом возможно возникновение двух видов дефектов:а) Перегрев – укрупнение зерна аустенита выше балла, допустимого по условиям работы детали. Перегретая сталь имеет пониженную пластичность и ударную вязкость. Но этот брак можно исправить повторным нагревом до нормальных температур.б) Пережог – окисление и оплавление границ зерен при температурах, близких к солидусу. Появление оксидов на границах аустенитного зерна – неисправимый брак, такая сталь имеет камневидный излом и очень высокую хрупкость. Ее отправляют на переплав.

Величина зерна влияет на все механические свойства стали, но особенно сильно – на ударную вязкость KCU. Чем крупнее зерно аустенита перед закалкой, тем больше вероятность возникновения трещин при закалке. И в эксплуатации такая сталь будет менее надежной, чем мелкозернистая.

18. Перлитное превращение. Изотермическое превращение переохлажденного аустенита при различных температурах. Строение продуктов распада. Перлитноепревращение - эвтектоидное превращение (распад)аустенита, происходящее ниже 727°С и заключающееся в одновременном зарождении и росте внутри аустенита двух новых фаз:феррита(ɑ-фаза) ицементита(Fe₃C) имеющих пластинчатую форму. Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до температуры выше Ас₃ или выше Аcm переохладить ниже температуры Ar1, то аустенит оказывается в метастабильном состоянии и претерпевает превращения. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали

На диаграмме можно выделить следующие области: 1) область устойчивого аустенита (для стали, содержащей 0,8 % С, выше А_С1); 2) область переохлажденного аустенита; 3) область начавшегося, но еще не закончившегося превращения А → П; 4) область закончившегося превращения А →П; 5) область начавшегося, но еще не закончившегося мартенситного превращения (между М_н–M_к); 6) мартенситная область (ниже М_к).

Область, расположенная слева от кривой начала распада аустенита (область переохлажденного аустенита), определяет продолжительность инкубационного периода, характеризующую устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума (для эвтектоидной стали около 550 °С), и далее вновь возрастает.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную (переохлаждение до 500 °С), мартенситную (переохлаждение ниже М_н — для эвтектоидной стали ниже температуры 240 °С) и промежуточного (бейнитного) превращения (переохлаждение для эвтектоидной стали в интервале от 500 до 240 °С).

В результате бейнитного превращения образуется смесь α -фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом.

Пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α -железе, который называется мартенситом. Из-за пересыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажена и вместо кубической приобретает тетрагональную форму, в которой отношение периодов решетки существенно отличается от единицы, т. е. с/а ≠ 1. Чем больше углерода, тем выше степень тетрагональности мартенсита.

Перлит, сорбит, троостит являются структурами одной природы — механической смесью феррита и цементита и отличаются друг от друга лишь степенью дисперсности. С увеличением степени дисперсности пластин цементита растут твердость и прочность стали. Наибольшую пластичность имеют стали с сорбитной структурой. Троостит, образующийся при более низкой температуре превращения, характеризуется меньшей пластичностью. Перлит, сорбит и троостит называют перлитными структурами.