- •Введение
- •1.Атомно-кристаллическая структура металлов
- •1.1. Классификация металлов
- •1.2.Кристаллическое строение металлов
- •1.3.Кристаллические решетки металлов
- •1.4.Реальное строение металлических кристаллов
- •2.Кристаллизация
- •2.1.Три состояния вещества. Энергетические условия процесса кристаллизации
- •2.2.Строение металлического слитка
- •2.3.Полиморфные превращения
- •3.Пластическая деформация и механические свойства
- •3.1.Виды напряжений
- •3.2.Упругая и пластическая деформация
- •3.4.Изменение структуры металлов при пластической деформации. Текстура деформации. Наклеп
- •3.5.Разрушение металлов
- •3.6.Пути повышения прочности, и пластичности, металла
- •3.7. Механические свойства при статических испытаниях
- •4.Фазы в металлических сплавах
- •4.1.Твердые растворы
- •4.2.Химические соединения
- •4.3.Фазы внедрения.
- •4.4.Электронные соединения.
- •5.Диаграммы состояния сплавов. Правило фаз
- •5.1.Термины и определения
- •5.2.Диаграммы состояния двойных сплавов
- •5.2.1.Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь компонентов.
- •5.2.2.Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •5.2.3.Диаграммы состояния сплавов, образующих ограниченные растворы и эвтетику
- •5.2.4.Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные растворы и перитектику
- •5.2.5.Диаграмма состояния сплавов ,образующих химическое соединение
- •6.Диаграмма состояния железо-цементит:
- •6.1.Кристаллизация стали .
- •6.2.Перекристаллизация стали (превращения в твердом состоянии).
- •7.Кристаллизация и перекристаллизация чугунов
- •7.1.Белые чугуны
- •7.2.Серые чугуны
- •7.3.Влияние примесей.
- •8.1.Теория превращения в стали при нагреве и охлаждении.
- •8.2. Классификация видов термической обработки.
- •8.3.Превращение при нагреве
- •8.4.Превращение аустенита при охлаждении (перлитное превращение).
- •8.5.Особенности превращения перлита в до-и заэвтектоидных сталях.
- •8.6.Промежуточное превращение.
- •8.6. Мартенситное превращение.
- •8.7.Отпуск закаленной стали (превращение мартенсита и остаточного аустенита при нагреве).
- •8.8.Технология термической обработки стали.
- •9.Химико-термическая обработка сталей.
- •9.1.Общие положения.
- •9.2.Цементация сталей.
- •9.3.Азотирование стали.
- •9.4.Нитроцементация и цианирование стали.
- •9.5.Термохимическая обработка
- •10.Общая характеристика легированных сталей
- •10.1.Классификация примесей
- •10.2.Классификация сталей.
- •10.3.Обозначение марок легированной сталей.
- •10.4.Классификация сталей по назначению
- •10.4.1.Конструкционные стали
- •Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали
- •10.4.2.Инструментальные стали
- •10.4.3.Стали с особыми свойствами
- •11.Цветные металлы и сплавы
- •11.1.Алюминий и его сплавы
- •11.2. Медь и ее сплавы
- •11.3. Антифрикционные сплавы
- •12.Защитные покрытия на металлах и сплавах
- •12.1.Оксидные покрытия
- •12.1.2.Оксидные покрытия на алюминии
- •12.1.2.Оксидирование цветных,тугоплавких металлов и сплавов
- •12.2.Коррозионные покрытия на основе цинка
- •12.2.1.Горячее цинкование.
- •12.3.Структура и свойства органосиликатных покрытий
- •12.3.2.Лакокрасочные покрытия
- •12.4.Диспесноупрочненные покрытия
- •12.5.Перспективы применения новых материалов и способы их создания
- •13.Неметалические материалы , их свойства и области применения
8.6. Мартенситное превращение.
Аустенит при быстром охлаждении превращается в новую метастабильную) фазу мартенсит- упорядоченный пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. При перестройке решетки ГЦК в ОЦК в последней сохраняется концентрация углерода такая же, как и в исходном аустените. Максимально возможная концентрация углерода в мартенсите 2,14%.
Атомы углерода искажают ОЦК кристаллическую решетку(рис.8.15,а), (отношение с /а >1). Чем больше углерода в стали, тем больше тетрагональность решетки мартенсита. На рис.8.15 показано изменение параметров решетки мартенсита в зависимости от содержания в ней углерода. Атомы углерода занимают определенное место в решетке (октаэдрические поры ), поэтому раствор является упорядоченным.
Для мартенсита характерна особая микроструктура. Его кристаллы представляют собой тонкие пластины, утоненные к концам ( на микрошлифе они имеют форму игл, отсюда термин «игольчатая структура»), расположенные параллельно или пересекающиеся друг с другом под углом 60° и 120° .Ориентировка пластин мартенсита связана с тем, что они могут образовываться в аустените только по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям наиболее густо усеянным атомами (меньше работа образования кристаллов новой фазы мартенсита).
Тонкая структура мартенситных кристаллов характеризуется высокой плотностью дислокации (1011 -1012 см-2) и небольшими размерами фрагментов (менее 1мкм и ячеек (100-200 А). С увеличением содержания углерода растет плотность дислокации уменьшаются размеры фрагментов.
К особенностям мартенситного превращениях в сталях можно отнести:
1.Превращение бездиффузионное, оно не сопровождается диффузионным перераспределением атомов углерода или других легирующих элементов. Превращение является сдвиговым, т.е. осуществляется путем кооперативного смещения атомов железа при перестройке решетки ГЦК в ОЦК, при этом атомы железа не обмениваются местами, а смещаются относительно друг от друга на расстояния меньше межатомных.
2. Мартенситное превращение нельзя подавить быстрым охлаждением, как это возможно делать для любого диффузионного превращения. Превращение для каждой марки стали начинается с определенной температуры Мн, и заканчивается при температуре Мк, которые практически не зависят от скорости охлаждения.
3. Для развития мартенситного превращения необходимо непрерывное охлаждение стали в мартенситном интервале Мн - Мк,. Однако в отличие от перлитного превращения, оно даже при достижении температуры Мк, не идет до конца , и в структуре сохраняется некоторое количество остаточного аустенита (рис.8.16). Если приостановить охлаждение внутри мартенситного материала, то образование мартенсита прекращается, т.е. превращение не идет при изотермических выдержках.
4. Температурное положение точек Мн и Мк, зависит от химического состава Ц стали и прежде всего от содержания углерода. На рис.8.17 показано влияние углерода (а ) и легирующих элементов (б ) на мартенситные точки. Это связано прежде всего с тем, что углерод и большинство легирующих элементов повышают устойчивость переохлажденного аустенита, изменяют его упругопластические ;свойства. Повышение их содержания в стали снижает положение точек Мн и Мк.
5. Мартенсит по сравнению с другими структурными составляющими стали имеет наибольший удельный объем . Увеличение удельного объема при мартенситном превращении приводит к росту упругой энергии, внутренним напряжением, которые приводят к пластической деформации, короблению и даже трещинам.
6. Мартенситные кристаллы растут с колоссальной скоростью - 106 мм/сек (1 км/сек) Из-за различия удельных объемов аустенита и мартенсита, возникающая упругая энергия достигает предела текучести, вызывает сдвиг на границе фаз А-М, когерентность решеток нарушается и рост кристаллов мартенсита прекращается. Так как на границе аустенитных зерен атомы находятся в неупорядоченном расположении, то мартенситный кристалл растет только до границы. Кристаллы тем крупнее, чем больше исходное зерно аустенита. Сдвиговое превращение образует на поверхности рельеф (свидетельство изменения формы превращенного объема); который можно наблюдать на отполированном до закалки шлифе без травления.
7.Мартенситные кристаллы представляют собой тонкие пластины, утоненные к концам ( на микрошлифе они имеют форму игл, отсюда термин « игольчатая структура»), расположенные параллельно или пересекающиеся друг с другом под углом 60° и 120° .Ориентировка пластин мартенсита связана с тем, что они могут образовываться в аустените только по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям наиболее густо усеянным атомами (меньше работа образования кристаллов новой фазы мартенсита).
Тонкая структура мартенситных кристаллов характеризуется высокой плотностью дислокации (1011 -1012 см-2) и небольшими размерами фрагментов (менее 1мкм и ячеек (100-200 А°). С увеличением содержания углерода растет плотность дислокации уменьшаются размеры фрагментов.
Характерной особенностью мартенсита является его высокая прочность и твердость. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода (рис.8.18). В стали с содержанием 0,6-0,7% С твердость мартенсита HRC 65.Это в 6 раз больше твердости феррита. Предел прочности низкоуглеродистого мартенсита (0,015% С)~ 100 кг/мм2 , а при 0,6-0,2% С -260-270кг/мм 2. Однако с повышением содержания углерода растет хрупкость. Так уже при содержании > 0,35-0,40% С пластичность мартенсита очень низкая и точно определить прочностные характеристики затруднительно.
Упрочнение при закалке на мартенсит является результатом действия нескольких механизмов торможения движения дислокации, плотность которых очень велика. Важнейшая роль принадлежит углероду. Атомы углерода, искажая решетку α-железа, затрудняют движение дислокации. В процессе закалки или после нее атомы углерода образуют атмосферы на дислокациях, закрепляя их. Упрочняющие влияние углерода на мартенсит очень велико и можно считать, что твердость закаленной стали не зависит от содержания легирующих элементов, образующих твердые растворы замещения и определяется только содержанием углерода.
Основная причина резкого охрупчивания при закалке углеродистых сталей низкая подвижность дислокации в мартенсите, содержащем углерод. В результате снижается резко сопротивление распространению трещин и сталь хрупко разрушается.