- •Институт металлургии и химии
- •Термическая обработка металлов и сплавов. Курс лекций.
- •Введение
- •1. Виды термической обработки стали
- •2. Основы теории термической обработки
- •2.1. Превращения в стали при нагревании
- •2.2. Рост зерна
- •2.3. Превращение переохлажденного аустенита
- •2.4. Мартенситное превращение и его особенности
- •2.5. Превращения при отпуске стали
- •3. Практика термообработки сталей
- •3.1. Отжиг сталей
- •3.2. Закалка сталей
- •3.3. Способы закалки
- •3.4. Поверхностная закалка
- •3.5. Отпуск стали
- •3.6. Отпускная хрупкость
- •3.7. Прокаливаемость сталей
- •4. Химико-термическая обработка стали
- •4.1. Цементация
- •4.2. Азотирование
- •4.3. Цианирование
- •4.4. Диффузионная металлизация
- •5. Термомеханическая обработка
- •5.1. Втмо сталей
- •5.2. Нтмо сталей
- •6. Легированные стали
- •6.1. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в сталях
- •6.2. Взаимодействие легирующих элементов с железом и углеродом
- •6.3. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения при термообработке
- •6 .4. Изменение твердости легированной стали при отпуске
- •6.5. Маркировка легированной стали
- •7. Конструкционные стали
- •7.1. Характеристика конструкционных сталей
- •7.2. Стали для холодной штамповки
- •7.3. Стали для строительных конструкций
- •7.4. Цементуемые стали
- •7.5. Улучшаемые стали
- •7.6. Высокопрочные стали
- •7.7. Рессорно-пружинные стали
- •7.8. Подшипниковые стали
- •7.9. Износостойкая аустенитная высокомарганцевая сталь
- •7.10. Инструментальные стали
- •8. Термическая обработка серого литейного чугуна
- •9. Термическая обработка алюминиевых сплавов
- •10. Старение железа
- •Заключение
- •Список литературы
2.4. Мартенситное превращение и его особенности
Мартенситное превращение аустенита при охлаждении со скоростью, превышающей критическую скорость закалки, заключается в следующем.
К ристаллическая решетка аустенита (ГЦК) перестраивается в ОЦК, но углерод, вследствие малой диффузионной подвижности атомов, не успевает выделяться из решетки и сохраняется в твердом растворе. Известно, что в равновесных условиях растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре не превышает тысячных долей процента. Следовательно, мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. Вследствие сильного пересыщения углеродом кристаллическая решетка мартенсита вытягивается в одном направлении, превращаясь из кубической в тетрагональную (рис. 5). Отношение параметров с/а, называемое степенью тетрагональности, увеличивается с возрастанием содержания углерода в стали.
Для мартенсита характерна чрезвычайно высокая твердость (62-64 НRС), обусловленная образованием пересыщенного твердого раствора. Мартенситное превращение имеет следующие особенности:
1) превращение аустенита в мартенсит является процессом бездиффузионным, т.е. совершается путем перемещения атомов лишь на расстояния, не превышающие междуатомных;
2) для мартенсита характерна особая микроструктура. Кристаллы мартенсита представляют собой пластины; в плоскости шлифа они имеют вид игл, поэтому принято называть структуру мартенсита игольчатой. Пластины мартенсита образуются по определенным кристаллографическим плоскостям исходного аустенита путем смещения групп атомов относительно друг друга;
3) для мартенситного превращения характерно практически мгновенное появление и рост мартенситных кристаллов. Рост их прекращается по достижении определенных размеров;
4) мартенситное превращение сопровождается увеличением объема, что приводит к фазовому наклепу;
5) мартенситное превращение в стали протекает лишь в процессе охлаждения и прекращается с окончанием охлаждения;
6) мартенситному превращению должен соответствовать некоторый температурный интервал с определенной температурой начала и конца превращения. Эти температуры обозначены на рис. 6 линиями Мн и Мк.
Если при мартенситном превращении прекратить охлаждение в интервале температур Мн – Мк, то в структуре стали, наряду с мартенситом, сохранится некоторое количество остаточного аустенита. Чем ближе конечная температура стали к температуре линии Мк, тем меньше остаточного аустенита содержит сталь. Положение линий Мн и Мк зависит от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем ниже расположены линии Мн и Мк, следовательно, тем больше остаточного аустенита может сохраниться в стали после закалки.
П
Для снижения количества остаточного аустенита иногда применяется обработка холодом. Она заключается в охлаждении стали после закалки ниже комнатной температуры, что создает возможность дополнительного превращения в мартенсит некоторого количества остаточного аустенита.