Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение
Скачать 1.36 Mb.
|
3.6.3 Классификация чугунов Fe- Fe3C белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества Fe3C они твердые (450…550НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа. Белые чугуны часто используются для последующего передела в сталь (передельные) или в ковкий чугун (через специальный графитизирующий отжиг-томление, чтобы графит имел хлопьевидную форму). В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитовых включений и их формой, что отражается на их механических свойствах, которые в большей степени зависят от структуры механической основы. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по всем показателям близка к сталям. Признаки классификации чугуна: - по форме включений графита: серый чугун – с пластинчатым или с вермикулярным (завихренным или червеобразным) графитом, ковкий чугун – с хлопьевидным графитом и высокопрочный чугун с шаровидным графитом; - по характеру металлической основы (матрицы) – с ферритной, феррито-перлитной и перлитной структурой; По химическому составу: нелегированные чугуны и легированные – специального назначения. Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу их разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны: С=2,2…3,7%; Si=1…3%; Мn=0,2…1,1%, Р=0,02…0,3%; S=0,02…0,15%. В небольших количествах: Сr, Ni, Сu. Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02…0,08%. Химический состав: С=3,0…3,6%; Si=1,1…2,9%; Мn=0,3…0,7%, Р≤0,1%; S≤0,02%. Структура: ферритный или перлитный. В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму. После модифицирования эти чугуны содержат: С=3,1…3,8%; Si=2,0…3,0%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,08%; S≤0,025%. Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получат отжигом белых доэвтектических чугунов. Химический состав: С=2,4…2,9%; Si=1,0…1,6%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,18%; S≤0,2%. Структура ферритная и перлитная. 3.6.4 Маркировка чугунов Таблица 3.1
4. Основы термической обработки. Превращения в структуре и свойства сплавов. Под термической обработкой понимают комплекс операций нагрева и охлаждения сплава, осуществляемых по определенному режиму с целью изменения его строения и получения заданных свойств. Основу термообработки составляет изменение структурно-фазового состава и дислокационной структуры сплава, которое может быть достигнуто путем использования таких ключевых факторов, как наличие в нем аллотропических превращений или зависящей от температуры ограниченной взаимной растворимости компонентов. 4.1. Фазовые превращения в сплавах железа 4.1.1. Превращения в стали при нагреве П   ри нагреве эвтектоидной стали (0,8% С) несколько выше критической точки Ас1(7270С) перлит (феррито - цементитная структура) превращается в аустенит. Это превращение состоит из полиморфного α γ – превращения и растворения в образовавшемся аустените цементита (карбидов).При нагреве доэвтектоидной стали (например, содержащей 0,5%С) выше АС1 после превращения перлита в аустенит образуется 2-х фазная структура – А+Ф. При дальнейшем нагреве в интервале температур АС1… АС3 феррит превращается в аустенит; при этом содержание углерода в аустените уменьшается в соответствии с линией GS (см. диагр.Fe-C). При температуре АС3 феррит отсутствует, а концентрация углерода в аустените соответствует его содержанию в стали (0,5%). Аналогично протекает превращение и в заэвтектоидной стали с 1,4%С. При температуре несколько выше АС1 (7270С) перлит превращается в аустенит, содержащий 0,8% С. в интервале температур АС1… АСm происходит растворение в аустените избыточного вторичного Fe3C. Выше температуры АСm будет только А, содержание углерода в котором соответствует его содержанию в стали. Диаграмма состояния Fe-Fe3C даст представление лишь о превращениях в условиях очень медленного нагрева. При обычных скоростях нагрева они протекают при более высоких температурах. Превращение П в А – кристаллизационный процесс. Этот процесс протекает в результате образования зародышей А и последующего их роста. Состав А значительно отличается от состава Ф и Fe3C , из которых он образуется. Превращение носит диффузионный характер и сопровождается значительным перемещением атомов углерода. Зародыш А возникает на границе раздела кристаллов Ф и Fe3C. образовавшиеся зародыши аустенита растут благодаря интенсивной диффузии атомов С в аустените, что приводит к растворению Fe3C в аустените; одновременно зарождаются новые зерна аустенита. После превращения Ф в А всегда в структуре сохраняется еще некоторое количество Fe3C-та, для растворения которого требуется добавочное время. 4.1.2. Рост зерна аустенита при нагреве. Зерно А образуется по окончании превращения перлита в А. Величина начального зерна аустенита (А) (рис.4.1.) Зависит от числа зародышей, возникающих в данном объеме в единицу времени, и скорости их роста.  Рис.4.1.Схема роста зерна А в стали с 0,8% С при нагреве: d1 – исходное зерно перлита (П), d0 – начальное зерно А: 1 – наследственно крупнозернистая сталь; 2 – наследственно мелкозернистая сталь. Чем дисперснее были частицы цементита в перлите, тем больше зародышей А и, следовательно, мельче начальное зерно А. Чем выше скорость нагрева, тем мельче зерно, т.к. скорость образования зародышей А превышает скорость их роста. В момент зарождения зерно А очень мало d0, но с увеличением выдержки при данной температуре и особенно при повышении температуры оно быстро растет. Склонность к росту зерна А сталей одного состава, но выплавленных в разных условиях (т.е. разных плавок), может быть неодинаковой. Поэтому различают наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали. В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000…1050 оС) зерно растет незначительно, однако, при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, серийный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве выше АС1. Стали, раскисленные только ферромарганцем (сталь кп) или ферромарганцем и ферросилицием (пс) относятся к группе наследственно крупнозернистых сталей. Стали, добавочно раскисленные алюминием (сп), относятся к группе мелкозернистых. Большинство легирующих элементов тормозит рост зерна А-та. наиболее резко замедляют рост зерна титан, цирконий, ванадий, образующие трудно растворимые в А-те карбиды (TiC, ZrC, VC), менее сильно – Cr, W и Мо. 4.1.3. Влияние величины зерна на свойства стали Свойства стали определяются размером действительного зерна. Увеличение его размеров понижает σ0,2, σв, δ, ψ, резко снижает ударную вязкость КС – работу распространения трещины и повышает порог хладноломкости. Наследственное зерно влияет, в основном, на технологические характеристики стали. Наследственно мелкозернистую сталь можно нагревать до более высоких температур (1000…1100 оС), не опасаясь перегрева стали. 4.1.4. Превращение переохлажденного аустенита. Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до t > АС3 (для доэвтектоидной стали) или выше АСm (для заэвтектоидной стали), быстро переохладить до t < Аr1, то аустенит окажется в метастабильном состоянии и будет претерпевать превращение. Для описания превращения переохлажденного А-та пользуются экспериментально построенными диаграммами время – температура – степень распада или диаграммами изотермического превращения А-та (при t=const). В  диаграмме изотермического превращения А-та (рис.4.2) кривая 1 характеризует начало распада А-та, а кривая 2 – окончание распада. Рис. 4.2. Диаграмма изотермических превращений А (0,8 % С) П – перлит, С – сорбит, Т – троостит, Б – бейнит Процессы распада переохлажденного А-та разделяют на два типа. Диффузионные – перлитное (область I) и промежуточное или бейнитное (область II). Бездиффузионное – мартенситное (область III). Область, лежащая левее кривой начала распада А-та, определяет продолжительность инкубационного периода; в интервале температур и времени, определяемых этой областью, существует переохлажденный А-нит, практически не претерпевающий заметного распада. Длительность инкубационного периода характеризует устойчивость переохлажденного А-та. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума, и далее вновь возрастает. При переохлаждении А-та до температуры, равной или ниже Мн, соответствующей температуре начала превращения переохлажденного А-та в мартенсит, диффузионные процессы полностью подавляются, и образование структуры, состоящей из феррита (Ф) и цементита (Ц), становится невозможным. В этом случае происходит бездиффузионное превращение А-та в мартенсит. Перлитное превращение. Распад переохлажденного А-та с образованием перлита носит кристаллизационный характер и по своему механизму является диффузионным. Это следует из того, что аустенит, практически однородный по концентрации углерода, распадается с образованием Ф+Ц – фаз, имеющих резко различную концентрацию углерода и структуру. Продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение. Чем больше переохлаждение, тем тоньше получается ферритно-цементитная структура и выше твердость. Δо – межпластиночное расстояние, мкм: П С Т Δо, мкм 0,6…1,0 0,25…0,3 0,2…0,15 НВ 180…250 250…350 350…450 С увеличением степени дисперсности ферритно-цементитной структуры, т.е. с понижением температуры ее распада, твердость (НВ), пределы текучести (σ0,2) и выносливости (σ-1), а также временное сопротивление разрыву (σв) возрастают. Относительное удлинение δ и относительное сужение ψ наивысшие у сорбита. При переходе к трооститу пластичность (δ и ψ) уменьшается. Мартенситное превращение Мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения атомов углерода в α – железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в α – железе при 20 оС не превышает 0.02%, то его содержание в мартенсите такое же, как и в исходном аустените. Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую решетку, в которой ось с больше оси а. Чем больше в мартенсите углерода, тем больше отношение с/а, т.е. больше степень тетрагональности решетки. При мартенситном превращении происходит лишь полиморфное превращение γ→α, сопровождающееся перестройкой ГЦК решетки А в ОЦК решетку α – железа без выделения из А-та атомов углерода. Чтобы развивалось мартенситное превращение, сталь необходимо непрерывно охлаждать ниже температуры Мн (рис.4.2). Если охлаждение прекратить, то мартенситное превращение также останавливается. Температура (определяется для каждой стали), по достижении которой превращение А-та в М прекращается – Мк - , называется температурой конца мартенситного превращения. Остаточный аустенит. В закаленной стали, имеющей точку Мк<+20 оС, а именно – в углеродистых сталях, содержащих более 0,5…0,6% С, или легированных, всегда присутствует остаточный А-нит. Его количество тем больше, чем ниже температуры точек Мн и Мк, т.е. чем выше содержание в А-ните углерода и легирующих элементов. Свойства мартенсита. Высокая твердость: чем > в мартенсите углерода, тем выше твердость. В стали с 0,6 … 0,7 %С твердость мартенсита составляет 65 HRCэ (960 HV), что в 6 раз больше твердости феррита. У низкоуглеродистого (0,015%С) мартенсита σв≈1000 МПа, а при содержании С=0,6…0,8% σв= 2600…2700 МПа. Промежуточное превращение протекает при температурах (рис.4.2), находящихся между областями перлитно – мартенситного превращения, когда диффузия атомов Fе еще весьма замедлена, а диффузия атомов С-да протекает сравнительно быстро. В результате промежуточного превращения образуется структура – бейнит, состоящая из низкоуглеродистого мартенсита и частиц цементита (карбидов). Изотермическое превращение аустенита доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. В этих сталях в отличие от эвтектоидной в верхнем интервале температур сначала выделяется избыточный феррит (в доэвтектоидной стали) или избыточный цементит (в заэвтектоидной стали). П  ревращение аустенита при непрерывном охлаждении. Рис. 4.3 Диаграмма распада переохлажденного аустенита для эвтектоидной стали с наложенными на нее кривыми охлаждения V1 Vк – критическая скорость закалки, tmin – температура минимальной устойчивости переохлажденного аустенита. τmin – время минимальной устойчивости А-та, П - перлит, С – сорбит, Т – троостит. При непрерывном охлаждении аустенит переохлаждается ниже Аr1 и распад его протекает в интервале температур (рис.4.3). Чем больше скорость охлаждения и ниже температура распада А-та, тем дисперснее образующаяся феррито – цементитная структура, подобно тому, как это наблюдалось при изотермическом распаде А-та. Следовательно, при небольшой скорости охлаждения V1 образовался перлит (П), при большей V2 – сорбит (С) и еще большей V3 – троостит (Т). При более высоких скоростях охлаждения распад всего А-та не успевает пройти при высоких температурах с образованием Ф - Fe3C – ой смеси, часть его переохлаждается до точки Мн и превращается в мартенсит. Структура в этом случае – М+Т (кривая V4). При очень большой скорости охлаждения весь А-нит переохлаждается до точки Мн и превращается в мартенсит (кривая V5). Минимальная скорость охлаждения (кривая Vк), при которой весь А-нит переохлаждается до точки Мн и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. Критическая скорость закалки неодинакова для разных сталей и зависит от устойчивости аустенита. Чем больше устойчивость, тем меньше Vк, следовательно, на диаграмме изотермического распада А-та линии превращений расположены правее. Мартенсит и остаточный А-нит являются неравновесными фазами. переход стали в более устойчивое состояние должно сопровождаться распадом М и остаточного А-та с образованием Ф - Fe3C-й структуры. Распад твердого раствора носит диффузионный характер, поэтому скорость его протекания в основном определяется температурой нагрева. Нагрев закаленной стали до t<АС1 называется отпуском. Распад мартенсита (первое превращение при отпуске). Ниже 60…80 оС распад М и А протекает с малой скоростью и в небольшой степени. В интервале 80…200 оС распад М идет достаточно интенсивно, из α – раствора (мартенсита) выделяется С, при этом образуются дисперсные частицы карбида Fе. При низких температурах отпуска в мартенсите средне- и высокоуглеродистой стали образуется Є – карбид с гексагональной решеткой (вероятно, Fе2С), а в мартенсите низкоуглеродистой стали - цементит Fe3C. Структура, получающаяся в результате отпуска при t<350о, называется мартенситом отпуска. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе, в котором присутствуют дисперсные кристаллы карбидов, имеющих форму пластин. Превращение остаточного аустенита (второе превращение при отпуске). При 200…350 оС происходит превращение остаточного А-та в структуру, аналогичную образующейся при распаде М при тех же температурах и продолжительности нагрева. Эта структура – нижний бейнит. Третье превращение. При 350…450 оС происходит полное завершение процесса выделения углерода из α – раствора (мартенсита) и соответственно уменьшение плотности дефектов строения в этой фазе. Кроме того, происходит рост частиц карбидов. Троостит отпуска – кристаллы α - твердого раствора и находящиеся в них мелкодисперсные частицы цементита. Коагуляция карбидов (четвертое превращение при отпуске). При температурах более 450 оС резко уменьшаются плотность дефектов строения в α – фазе, а также рост (коагуляция) и сфероидизация карбидов. Тонкопластичные выделения карбидов приобретают округлую форму (сфероидизация) и одновременно укрупняются (коагуляция). Вследствие коагуляции карбидов очень тонкая феррито-цементитная структура – троостит отпуска – при 500…600 оС превращается в структуру, отличающуюся более крупными частицами карбидов, расположенными в феррите; ее называют сорбит отпуска. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение» Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин и является обязательной для изучения | | Учебно-методический комплекс ростов-на-Дону 2009 Учебно-методический... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Адвокатская деятельность и адвокатура» разработан в соответствии с образовательным стандартом... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Макроэкономика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |  | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Примерная структура, состав и содержание учебно-методического комплекса... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Социология рекламной деятельности» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психология стресса» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психодиагностика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы патопсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анатомия цнс» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «земельное право» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нейропсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
