Материаловедение

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Рис. 4.13. Схема изменения микроструктуры наклепанного металла при нагреве: а — наклепанный металл; б — начало первичной рекристаллизации; в — завершение первичной рекристаллизации; г, д — стадии собирательной рекристаллизации
...
с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границах деформированных зерен. Чем выше степень пластической деформации, тем больше возникает центров рекристаллизации. Они представляют собой субмикроскопические области с минимальным количеством точечных и линейных дефектов строения. Эти области возникают путем перераспределения и частичного уничтожения дислокаций; при этом между центром рекристаллизации и деформированной основой появляется высокоугловая граница.
...
С течением времени образовавшиеся центры новых зерен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к более совершенной решетке; при этом болыпеугловые границы новых зерен перемещаются в глубь наклепанного металла.
...
Рассмотренная стадия рекристаллизации называется первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки. Первичная рекристаллизация заканчивается при полном замещении новыми зернами всего объема деформированного металла (рис. 4.13).
...
По завершении первичной рекристаллизации происходит рост образовавшихся зерен при увеличении выдержки или температуры; эта стадия рекристаллизации называется собирательной рекристаллизацией. Этот процесс самопроизвольно развивается при достаточно высоких температурах в связи с тем, что укрупнение зерен приводит к уменьшению свободной энергии металла из-
...
Рост зерен происходит в результате перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела; одни зерна при этом постепенно уменьшаются в размерах и затем исчезают, а Другие становятся более крупными, поглощая соседние зерна. С повышением температуры рост зерен ускоряется. Чем выше температура нагрева, тем бо-
...
Закономерности формирования структуры материалов
...
Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, созданный при пластической деформации; металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов кристаллического строения. Свойства металла после рекристаллизации близки к свойствам отожженного металла (рис. 4.14).
...
Деформирование металлов подразделяют на холодное и горячее в зависимости от температуры. Холодное деформирование проводят ниже температуры рекристаллизации, металл наклёпывается и сохраняет наклеп. Горячее деформирование приводят выше температуры рекристаллизации, когда получаемый наклеп снимается одновременно протекающей рекристаллизацией. Если рекристаллизация не устраняет наклеп, то он сохраняется частично или полностью. Это достигается при особых условиях обработки и охлаждения металла. Например, горячее деформирование с высокими скоростями и большими деформациями с дальнейшим быстрым охлаждением металла ниже температуры рекристаллизации сохраняет наклеп.
...
Пластичность и вязкость металлов и сплавов зависят от размера зерен. С уменьшением размера зерен вязкость улучшается. Размер зерен, образующихся в результате рекристаллизации, зависит в основном от степени пластической деформации и от температуры, при которой происходила рекристаллизация. Увеличение выдержки при нагреве способствует росту зерен, но эффект значительно меньше, чем при повышении температуры нагрева. Зависимость размера зерен от степени деформации и температуры обычно демонстрируют при помощи диаграмм рекристаллизации (рис. 4.15).
...
Для конструкционных материалов общего назначения анизотропия свойств нежелательна. Рекристаллизованные сплавы, как правило, однородны по свойствам и анизотропии не обнаруживают. Однако при известных условиях в рекристаллизованном металле появляется предпочтительная ориентация зерен, которую называют текстурой рекристаллизации. Ее вид зависит от химического состава сплава, характера деформирования, природы и количества примесей, технологических факторов. Образование текстуры рекристаллиза-
...
Рис. 4.15. Зависимость размера зерна О рекристаллизованного металла от деформации (я) и диаграмма рекристаллизации технически чистого железа (б); £)„ — размер исходного зерна
...
Формирование структуры деформированных металлов и сплавов 77
...
ции имеет практическое значение для сплавов с особыми физическими свойствами, когда требуется улучшить то или иное свойство в определенном направлении изделия. Например, в листах трансформаторной стали образование текстуры дает возможность уменьшить потери на перемагничивание по определенным направлениям листа.
...
Рекристаллизация многофазных сплавов представляет более сложный процесс, в котором на зарождении и росте новых рекристаллизованных зерен сказываются различия свойств каждой фазы, характер структуры и объемные соотношения между фазами. Особое значение имеют размер частиц второй фазы и среднее расстояние между частицами. Чем ближе друг к другу расположены частицы второй фазы, тем труднее перемещаться границе нового зерна и тем сильнее тормозится рекристаллизация. Это проявляется в повышении температуры рекристаллизации и увеличении времени для завершения первичной рекристаллизации многофазного сплава по сравнению с однофазным сплавом-твердым раствором аналогичного химического состава. Близость частиц второй фазы обеспечивается при достаточно высоком их содержании в сплаве. Когда частиц мало и они далеко друг от друга, их роль в рекристаллизации незначительна. Мелкие частицы размерами приблизительно 0,1 мкм и меньше тормозят рекристаллизацию (рис. 4.16). Более крупные частицы размерами свыше 0,1-0,5 мкм тормозят рекристаллизацию, когда располагаются близко друг к другу, и ускоряют ее, когда расстояние между ними увеличено (см. рис. 4.16). В последнем случае сказывается влияние межфазной границы, на которой преимущественно зарождаются новые зерна.
...
Тормозящее влияние дисперсных частиц второй фазы на рекристаллизацию успешно используется в промышленных сплавах для увеличения предельных рабочих температур.
...
Рис. 4.16. Зависимость температуры рекристаллизации двухфазного сплава от размера частиц второй фазы и расстояния между ними:
...
1—1 — температура рекристаллизации однофазного сплава без частиц второй фазы; / — торможение рекристаллизации; 2 — ускорение рекристаллизации
...
Сверхпластичное состояние металла проявляется при горячем деформировании материалов с ультрамелким зерном (0,5-10 мкм). При низких скоростях деформирования (10"5 — 10"1 с-1) металл течет равномерно, не упрочняясь, относительные удлинения достигают 102 - 103%.
...
Огромные деформации в сверхпластичном состоянии складываются из зернограничного скольжения, дополненного направленным (под действием напряжений) диффузионным переносом атомов и обычным скольжением внутри зерен. Для того чтобы реализовать сверхпластичное состояние, требуется не только получить ультрамелкие зерна, но и сохранить эту структуру в течение всего периода деформирования при температуре выше 0,5 Тгш (порядка десятков минут). В однофазных сплавах зерна твердого раствора успевают вырасти за это время так, что сверхпластичность теряется. Промышленные сверхпластичные сплавы имеют двухфазную структуру (лучшее сочетание объемов
...
78 Закономерности формирования структуры материалов
...
обеих фаз 1:1; при этом максимальна поверхность межфазных границ) и поэтому сохраняют исходную мелкозернистость в течение всего срока изготовления изделий. К числу таких сплавов принадлежат различные эвтектические и эвтектоидные смеси, двухфазные сплавы титана и т. п.
...
делий весьма сложной формы при помощи пневматического формования листов или объемного прессования. Несмотря на медленность самого процесса формования и сравнительно высокие рабочие температуры, процесс выгоден, а в ряде случаев является единственным способом получения изделий, когда металл нужно без разрушения деформировать на 200-300% и выше.
...
Формирование структуры деформированных металлов и сплавов 79
...
Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.
...
Основные виды термической обработки-отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.
...
Отжиг-термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.
...
Температура нагрева при отжиге зависит от состава сплава и конкретной разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры отжига обычно невелика, она лежит в пределах 30-200°С/ч.
...
Закалка-термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при термической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твердом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твердых растворов, распад высокотемпературного твердого раствора по эвтектоидной реакции и др. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро
...
Конструкционные и инструментальные, сплавы закаливают для упрочнения. Сильно упрочняются при закалке сплавы, претерпевающие в равновесных условиях эвтектоидное превращение. Прочность возрастает либо вследствие мартенситного фазового перехода, либо вследствие понижения температуры эвтектоидной реакции, приводящих к измельчению зерен, образующих эвтек-тоидную смесь. Если в результате закалки при температуре 20 — 25 °С фиксируется состояние высокотемпературного твердого раствора, значительного упрочнения сплава непосредственно после закалки не происходит; основное упрочнение создается при повторном низкотемпературном нагреве или во время выдержки при температуре 20- 25 °С.
...
В сплавах с особыми свойствами закалка позволяет изменить структурно-чувствительные физические или химические свойства: увеличить удельное электрическое сопротивление или коэрцитивную силу, повысить коррозионную стойкость и др.
...
Отпуск и старение — термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.
...
Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получение более высокого уровня свойств (твердости, характеристик прочности, коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления и др.) по сравнению с отожженным состоянием.
...
получают пересыщенный твердый раствор (или смесь твердых растворов); в этом случае основной процесс, происходящий при отпуске или старении,— распад пересыщенного твердого раствора.
...
Температуру и выдержку выбирают таким образом, чтобы равновесное состояние сплава при обработке не достигалось, как это происходит при отжиге. Скорость охлаждения с температуры отпуска или старения за редким исключением не влияет на структуру и свойства сплавов.
...
Термин «отпуск» используют обычно применительно к сталям и другим сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение (двухфазные алюминиевые бронзы, некоторые сплавы на основе титана); термин «старение»-применительно к сплавам, не претерпевающим при закалке полиморфного превращения (сплавы на основе алюминия, аустенитные стали, никелевые сплавы и др.).
...
Принципиальная возможность применения того или другого вида термической обработки может быть определена на основании диаграмм фазового равновесия. В связи с этим можно выделить следующие основные группы сплавов 1:
...
Любой технологический процесс термической обработки состоит из трех основных этапов: нагрев, изотермическая выдержка и охлаждение. Нагрев, а иногда и весь процесс термической обработки (отжиг) проводят в термических печах.
...
К основному оборудованию для термической обработки относятся печи, нагревательные установки и охлаждающие устройства. По источнику теплоты печи подразделяют на электрические и топливные (газовые и редко — мазутные).
...
/ — нагревательная камера; 2 — закалочная камера; 3 — подъемный столик; 4 — вентилятор; 5 — нагреватели; 6 — цепной механизм для передвижения поддона с деталями
...
ческой обработки деталей, например, закалку и отпуск. Такие агрегаты состоят из механизированных нагревательных печей и закалочных баков, моечных машин и транспортных устройств конвейерного типа.
...
Поверхностный нагрев деталей производят тогда, когда в результате поверхностной закалки требуется получить высокую твердость наружных слоев при сохранении мягкой сердцевины. Чаще всего закаливают наружный слой трущихся деталей машин.
...
Наиболее совершенным способом поверхностной закалки является закалка в специальных установках с нагревом токами высокой частоты-ТВЧ. Этот способ нагрева очень производителен, может быть полностью автоматизирован и позволяет получать при крупносерийном производстве стабильное высокое качество закаливаемых изделий при минимальном их короблении и окислении поверхности.
...
Известно, что с увеличением частоты тока возрастает скин-эффект; плотность тока в наружных слоях проводника оказывается во много раз большей, чем в сердцевине. В результате почти вся тепловая энергия вы-
...
Нагрев деталей ТВЧ осуществляется индуктором. Если деталь имеет небольшую длину (высоту), то вся ее поверхность может быть одновременно нагрета до температуры закалки. Если же деталь длинная (рис. 5.2), нагрев происходит последовательно путем перемещения изделия относительно индуктора с рассчитанной скоростью.
...
Охлаждение при закалке с нагревом ТВЧ обычно осуществляется водой, подающейся через спрейер трубку с отверстиями для разбрызгивания воды, изогнутую в кольцо и расположенную относительно детали аналогично индуктору. Нагретый в индукторе участок детали или все изделие, перемещаясь, попадает в спрейер, где и охлаждается.
...
Преимущество поверхностной закалки деталей, так же как и большинства способов упрочнения поверхности (химико-термической обработки, поверхностного наклепа обкатки), состоит также в том, что в поверхностных слоях деталей возникают значительные сжимающие напряжения.
...
82 Закономерности формирования структуры материалов
...
применяют, например, для уменьшения остаточных напряжений в изделиях, рекристаллизации пластически деформированных полуфабрикатов, уменьшения внутрикристаллической ликвации в слитках или отливках. Соответствующие операции термической обработки являются разновидностями отжига: отжиг (нагрев) для уменьшения напряжений, рекристал-лизационньш отжиг, диффузионный отжиг (гомогенизация). Состояние сплавов после теплового воздействия становится более равновесным.
...
Нагрев для снятии остаточных напряжений. Многие технологические воздействия на обрабатываемые детали сопровождаются возникновением в них остаточных напряжений, которые уравновешиваются в объеме детали.
...
Значительные остаточные напряжения возникают в отливках и полуфабрикатах, неравномерно охлаждающихся после проката или ковки, в холоднодефор-мированных полуфабрикатах или заготовках, в прутках в процессе правки, в сварных соединениях, при закалке и т. п.
...
Остаточные напряжения, возникшие в указанных случаях, чаще всего нежелательны. Они могут вызвать деформацию деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привести к преждевременному разрушению или короблению конструкции; увеличивая запас упругой энергии (например, сварной конструкции), остаточные напряжения повышают вероятность хрупкого разрушения. Во многих сплавах они вызывают склонность к растрескиванию в присутствии корро-зионно-активной среды. По величине остаточные напряжения могут достигать предела текучести.
...
Для уменьшения остаточных напряжений изделия нагревают. С повышением температуры предел текучести понижается, поэтому остаточные напряжения вызывают пластическую деформацию и снижаются до уровня предела
...
Рис. 5.2. Расположение индуктора, закаливаемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ: 1
...
В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи).
...
Использование импульсных электронных пучков и лазерных лучей для локального нагрева поверхности деталей позволяет вести поверхностную закалку рабочих кромок инструментов и сильно изнашивающихся областей «орпуСных деталей. Иногда тонкий поверхностный слой доводят до оплавления и в результате быстрого охлаждения получают мелкозернистую или аморфную структуру-
...
При закалке с использованием источников высококонцентрированной энергии не требуются охлаждающие среды, так как локально нагретые поверхностные слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. В качестве источников энергии используют ускорители электронов и непрерывные газовые и импульсные лазеры.
...
Термическую обработку проводят независимо от того, происходят ли в сплавах фазовые превращения в твердом состоянии или нет. Такую обработку
...
В стальных и чугунных деталях значительное снижение остаточных напряжений происходит в процессе выдержки при температуре 450 °С; после выдержки при температуре 600 "С напряжения понижаются до очень низких значений. Время выдержки устанавливается от нескольких до десятков часов и зависит от массы изделия.
...
В сплавах на основе меди и алюминия существенное уменьшение остаточных напряжений происходит при меньших температурах нагрева. Например, в холоднодеформированных латунных полуфабрикатах остаточные напряжения практически полностью снимаются в процессе отжига при 250-300°С
...
По окончании выдержки при заданной температуре изделия медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение новых напряжений. Допустимая скорость охлаждения зависит от массы изделия, его формы и теплопроводности материала; она обычно лежит в пределах 20-200 °С/ч.
...
Рекристаллизационньш отжиг. Нагрев деформированных полуфабрикатов или деталей выше температуры рекристаллизации называют рекристаллиза-ционным отжигом; в процессе выдержки происходит главным образом рекристаллизация. Скорость охлаждения при этой разновидности отжига не имеет решающего значения; обычно охлаждение по окончании выдержки проводят на спокойном воздухе. Цель отжига-понижение прочности и восстановление пластичности деформированного металла, получение определенной кристаллографической текстуры, создающей анизотропию свойств, и получение заданного размера зерна.
...
Рекристаллизационньш отжиг часто используют в качестве межоперационной смягчающей обработки при холодной прокатке, волочении и других операциях холодного деформирования.
...
В некоторых металлах и твердых растворах рекристаллизация сопровождается образованием текстуры (преимущественной ориентации кристаллов в объеме детали), которая создает анизотропию свойств. Это позволяет улучшить те или иные свойства вдоль определенных направлений в деталях (магнитные свойства в трансформаторной стали и пермаллоях, модуль упругости в некоторых пружинных сплавах и ДР-)-
...
В машино- и приборостроении широкое применение находят металлы и сплавы - твердые растворы, не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии (алюминий, медь, никель, ферритные и аустенитные стали, однофазные латуни и бронзы).
...
В таких материалах единственной возможностью регулирования размера зерен является сочетание холодной пластической деформации с последующим рекристаллизапионным отжигом.
...
Диффузионный отжиг (гомогенизация). В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твердых растворов чаще всего протекает неравновесно: диффузионные процессы, необходимые для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объему, отстают от процесса кристаллизации. В результате сохраняется неоднородность состава по объему кристалла внутрикристалличе-ская ликвация: сердцевина кристаллов обогащена тугоплавким компонентом сплава, а наружные части кристаллов обогащены компонентом, понижающим температуру плавления.
...
84 Закономерности формирования структуры материалов
...
В стальных слитках в результате диффузионного отжига достигается более равномерное распределение фосфора, углерода и легирующих элементов в объеме зерен твердого раствора. Если температура отжига достаточно высока, отжиг приводит к более благоприятному распределению сульфидов. Диффузионный отжиг стальных слитков ведут при температуре 1100-1300 °С с выдержкой 20-50 ч.
...
В слитках алюминиевых сплавов ликвация особенно нежелательна. В результате ликвации оси дендритов содержат меньше легирующих элементов, чем межосные пространства и границы зерен, поэтому при охлаждении слитков вторичные кристаллы выделяются главным образом между осями дендритов и по границам зерен, часто в очень неблагоприятной форме (по границам зерен в виде сплошных хрупких оболочек).
...
Диффузионный отжиг слитков алюминиевых сплавов проводят при температуре 420-520 °С с выдержкой 20-30 ч для устранения ликвации.
...
Переменная растворимость компонентов в твердом состоянии дает возможность значительно упрочнять сплавы путем термической обработки. Это привело к широкому использованию сплавов этого типа — стареющих сплавов — в качестве конструкционных материалов повышенной и высокой прочности; применяют стареющие сплавы на алюминиевой, медной, железной, никелевой, кобальтовой, титановой и других основах.
...
Рассмотрим принцип упрочняющей термической обработки стареющих сплавов на примере системы с промежуточным соединением (рис. 5.4, а).
...
Рис. 5.3. Диаграмма состояния компонентов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением
...
твердого раствора сплава / в интервале температур кристаллизации при отклонении от равновесия. Кристаллы твердого раствора содержат меньше легирующего компонента В по сравнению с равновесной концентрацией.
...
Если температура конца кристаллизации сплава из-за уменьшения содержания компонента В в твердом растворе станет ниже эвтектической, как это показано на рис. 5.3 для сплава / (г2 < гэ), то оставшийся к моменту достижения эвтектической температуры жидкий раствор затвердевает по эвтектической реакции, и в структуре сплава появляется эвтектическая составляющая.
...
Внутрикристаллическая ликвация, особенно в случае появления в структуре эвтектической составляющей, затрудняет последующую обработку давлением, так как снижается пластичность сплавов.
...
Диффузионным отжигом называют длительную выдержку сплавов при высоких температурах, в результате которой уменьшается ликвационная неоднородность твердого раствора. При высокой температуре протекают диффузионные процессы, не успевшие завершиться при первичной кристаллизации.
...
друга на 25-50 межатомных расстояний. В большинстве стареющих сплавов желательная дисперсная структура образуется в результате термической обработки, состоящей из двух операций-закалки и старения1.
...
При закалке сплавы нагревают до температур, обеспечивающих распад вторичных кристаллов. Для рассматриваемого сплава / такой будет температура, несколько превышающая г' (см. рис. 5.4, а). Быстрым охлаждением с температуры закалки полностью подавляют процесс выделения вторичных кристаллов и в результате получают однофазный сплав-пересыщенный компонентом В твердый раствор. Пересыщение твердого раствора относительно мало сказывается на повышении твердости и прочности, незначительно изменяется и пластичность сплавов.
...
Пересыщенный твердый раствор представляет собой неравновесную структуру с повышенным уровнем свободной энергии. Поэтому, как только подвижность атомов окажется достаточно большой, твердый раствор будет распадаться начнется процесс старения.
...
Старение, происходящее при повышенных температурах, называют искусственным. В сплавах на основе низкоплавких металлов старение может происходить при температуре 20-25 °С в процессе выдержки после закалки; такое старение называют естественным.
...
При старении уменьшается концентрация пересыщающего компонента в твердом растворе; этот компонент расходуется на образование выделений.
...
а — диаграмма равновесия; б — количество первичных (Т) и вторичных (2) кристаллов АтВ„ в сплавах разного состава при температуре 20 — 25 °С (высота прямоугольника пропорциональна массе всего сплава)
...
Рассмотрим для примера сплав / состава точки с, который в равновесном состоянии имеет двухфазную структуру, состоящую из кристаллов твердого раствора а концентрации точки а и относительно крупных вторичных кристаллов АтВ„. Сопротивление движению дислокаций возрастает по мере уменьшения расстояний между частицами упрочняющей фазы, т. е. сплав / станет прочнее, когда вместо немногочисленных крупных включений образуется большое количество мелких. Наибольшее препятствие для движения дислокаций создают включения, отстоящие дру! от
...
1 Лишь в немногих сплавах, например в некоторых магнитотвердых, оптимальная структура формируется в процессе охлаждения с температуры закалки с определенной контролируемой скоростью. Эта скорость подбирается таким образом, чтобы выделение частиц второй фазы произошло при значительном переохлаждении, обеспечивающем малый критический размер зародыша.
...
86 Закономерности формирования структуры материалов
...
При любой перегруппировке атомов в твердом растворе, в том числе и при зарождении выделений, необходимо преодолеть определенный энергетический барьер. Величину этого барьера называют энергией активации.
...
Энергия активации зарождения и роста выделений зависит от того, насколько отличается пространственная решетка выделений от пространственной решетки основного твердого раствора. При малом различии решеток энергия активации будет небольшой, а при большом-энергия активации возрастает. С увеличением температуры увеличивается кинетическая энергия атомов, и поэтому повышается вероятность преодоления более высокого энергетического барьера.
...
Уменьшение свободной энергии при распаде пересыщенного твердого раствора будет наибольшим при выделении равновесных кристаллов АШВИ, однако зарождение таких кристаллов, имеющих, как правило, сложную пространственную решетку, возможно только при достаточно высоких температурах. При невысоких температурах
...
В общем случае при распаде пересыщенных твердых растворов могут возникать образования следующих типов (они перечисляются в порядке возрастания энергии активации зарождения):
...
Зоны Гинье-Престона1 (зоны ГП) представляют собой весьма малые (субмикроскопические) объемы твердого раствора с резко повышенной концентрацией растворенного компонента, сохраняющие решетку растворителя. Скопление растворенных атомов вызывает местное изменение периода решетки твердого раствора. При значительной разнице в размерах атомов А и В, как это, например, наблюдается в сплавах А1-Си, зоны ГП имеют форму дисков, толщина которых (учитывая искажения решетки) составляет несколько межатомных расстояний (рис. 5.5, а), диаметр 10-50 нм. Диски закономерно ориентированы относительно пространственной решетки растворителя. При небольшом различии в атомных диаметрах компонентов, как, например, в сплавах А1-2п,
...
я - зона Гинье — Престона; 1 — атомы растворителя; 2 — растворенные атомы; б — кристаллы метастабильной фазы (когерентное выделение); в —
...
Многочисленные зоны ГП затрудняют движение дислокаций-для прохождения дислокации через зону и окружающую ее область с искаженной решеткой требуется приложить более высокое напряжение.
...
Метастабильные фазы имеют иную пространственную решетку, чем твердый раствор, однако существует сходство в расположении атомов в определенных атомных плоскостях той или другой решетки2, что вызывает образование когерентной (или полукогерентной) границы раздела. Когерентная граница при некотором различии кристаллической структуры приводит к появлению переходной зоны с искаженной решеткой (рис. 5.5,6). Для метаста-бильных фаз характерна высокая дисперсность, что значительно повышает сопротивление движению дислокаций.
...
Стабильная фаза АтВи имеет сложную пространственную решетку с пониженным числом элементов симметрии и с большим числом атомов в элементарной ячейке.
...
Вторичные кристаллы со стабильной структурой в большинстве сплавов выделяются в виде достаточно крупных частиц. Значительное различие кристаллической структуры твердого раствора
...
и стабильных кристаллов приводит к образованию некогерентной границы раздела (рис. 5.5, в) и, сооответственно, к минимальным искажениям решетки твердого раствора вблизи границы. Упрочнение сплава при образовании стабильных кристаллов АШВ„ оказывается меньшим, чем при образовании зон ГП и метастабильных когерентных кристаллов.
...
Кривые старения (рис. 5.6) принято строить в координатах твердость (прочность)-длительность старения (при постоянной температуре). Условно примем, что максимальное упрочнение сплава / (см. рис. 5.4) достигается при выделении зон ГП.
...
Температура г0 выбрана настолько невысокой, что распада пересыщенного твердого раствора не происходит и, соответственно, не наблюдается изменения твердости (прочности) закаленного сплава.
...
Старение при температуре ^ вызывает повышение прочности вследствие образования зон ГП; если данная температура недостаточна для того, чтобы активировать зарождение метастабильных кристаллов, то твердость (прочность) достигнет максимального значения и в дальнейшем не будет изменяться сколь угодно длительное время (рис. 5.6, сплошная линия). Если температура достаточна для зарождения метастабильных кристаллов, то твердость после достижения максимального значения начнет понижаться, сплав будет «перестариваться» (рис. 5.6, штрихо-
...
88 Закономерности формирования структуры материалов
...
вая линия). Сначала твердость будет снижаться вследствие замены зон ГП метастабильными кристаллами, а при увеличении времени старения - вследствие превращения этих кристаллов в стабильные кристаллы АтВ„. Если время выдержки достаточно велико, происходит коагуляция стабильных кристаллов. Коагуляцией называют рост кристаллов той фазы, которая распределена в виде включений в основе сплава. Рост кристаллов второй фазы происходит путем распада наиболее мелких и потому неустойчивых частиц и последующей диффузии растворенного компонента к более устойчивым частицам. Коагуляция приближает структуру сплава к равновесной.
...
Старение при температуре г2 начинается с выделения метастабильных кристаллов, появление которых не приводит к получению такой высокой прочности, как при выделении зон ГП (согласно условию). Так как температура старения более высокая, чем в предыдущем случае, максимум на кривой старения достигается быстрее; с большей скоростью протекает и перестарива-ние-образование кристаллов АтВп и их коагуляция.
...
Старение при температуре г3 не вызывает значительного упрочнения сплава, так как выделяющиеся при этой температуре стабильные кристаллы АтВв имеют относительно крупные размеры и коагулируют быстрее, чем при температуре г2.
...
Степень упрочнения при старении может быть очень высокой. Так, твердость и временное сопротивление дюралюми-нов при оптимальных условиях старения увеличиваются в 2 раза, в берил-лиевых бронзах-в 3 раза.
...
Термическую обработку, приводящую к получению стабильной структуры (стабильные кристаллы АтВ„ после коагуляции), называют стабилизацией; термин подчеркивает получение более устойчивой структуры при возможном нагреве сплава в условиях эксплуатации.
...
Эвтектоидное превращение в равновесных условиях происходит в большинстве сталей, в двухфазных алюминиевых бронзах, во многих сплавах на основе титана. Принципы, лежащие в основе термической обработки для всех сплавов этой группы, одни и те же, однако компоненты сплавов вносят ряд особенностей в развитие фазовых превращений. Поэтому принято раздельно изучать превращения в сплавах с разной металлической основой.
...
а) превращения при нагреве до аусте-нитного состояния фазовая перекристаллизация; б) превращения аустенита при различных степенях переохлаждения; в) превращения при нагреве закаленных сталей.
...
Превращения в сталях при нагреве до аустенитного состояния. В зависимости от условий нагрева можно получить зерно аустенита различного размера. От размера зерна аустенита в большой мере зависят свойства продуктов превращения.
...
Продукты превращения мелкозернистого аустенита, как равновесные, так и метастабильные, имеют более высокие пластичность и вязкость и меньшую чувствительность к концентраторам напряжений, чем соответствующие продукты превращения крупнозернистого аустенита.
...
Зарождение кристаллов при распаде аустенита происходит преимущественно на границах зерен, поэтому чем мельче зерно аустенита, тем больше возникает зародышей и тем мельче будут вновь образующиеся зерна.
...
Рассмотрим превращения, происходящие при нагреве в сталях с исходной равновесной структурой: феррит и перлит в доэвтектоидных сталях, перлит в эвтектоидной стали, перлит с вто-
...
При промышленных скоростях нагрева при отжиге или закалке перлит вплоть до температуры Асх сохраняет пластинчатое строение.
...
При достижении температуры Ас1 в сталях начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом (рис. 5.7). Превращение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного а -> -»у-перехода и растворения в Гег кристаллов цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется определенное время.
...
Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита (см. схему на рис. 5.7), превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Эта очень важная особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки стали-отжиге, закалке и других видах обработки, связанных с нагревом стали до аустенитного состояния.
...
Число зарождающихся при температуре Ас! кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева. При высоко-
...
В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после завершения превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сталях после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие-феррит и цементит соответственно.
...
В доэвтектоидных сталях при нагреве от Асх до Асъ происходит превращение избыточного феррита в аустенит, а в заэвтектоидных сталях при нагреве от Асх до Асст- растворение продуктов распада избыточного цементита в аусте-ните. Оба процесса сопровождаются диффузией углерода, приводящей к выравниванию концентрации и небольшому укрупнению зерен аустенита.
...
Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области приводит к дальнейшему росту зерен аустенита-происходит процесс собирательной рекристаллизации.
...
Скорость роста аустенитных зерен при перегреве выше температур Асъ и Асст неодинакова у разных сталей; она в большой мере зависит от способа раскисления стали и от наличия некоторых легирующих элементов.
...
90 Закономерности формирования структуры материалов
...
вают стали, в которых по мере превышения температуры выше Ас3 или Асст кристаллы аустенита быстро укрупняются; таковы стали, раскислявшиеся в процессе выплавки ферросилицием и ферромарганцем.
...
Природно-мелкозернистыми называют стали, в которых при нагреве до 1000-1100 °С кристаллы аустенита растут с малой скоростью; к таковым относятся стали, дополнительно раскислявшиеся алюминием, а также легированные стали, содержащие карбидооб-разующие элементы, особенно титан и ванадий. Предполагают, что тормозящее влияние на рост зерен оказывают частицы нитрида алюминия, которые, располагаясь по границам зерен, механически препятствуют собирательной рекристаллизации; при температуре, большей 1000-1100 °С, нитрид алюминия распадается, и препятствия для роста исчезают.
...
Подобный механизм действия приписывается также карбидам титана и ванадия. Из карбидообразующих элементов лишь марганец не только не уменьшает, а даже несколько увеличивает скорость роста аустенитного зерна.
...
Стали, имеющие грубую крупнозернистую структуру вследствие высокотемпературных нагревов, называют перегретыми; перегрев исправляется повторной аустенизацией с нагревом до более низкой температуры.
...
Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения. Выше рассматривались фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния (см. п. 3.3).
...
Увеличивая скорость охлаждения стали или вводя в сталь легирующие элементы, можно значительно повысить степень переохлаждения аустенита, т. е. понизить температуру его превращения.
...
От степени переохлаждения аустенита зависят механизм и кинетика превращения и, соответственно, структура и свойства продуктов превращения.
...
В технологических процессах термической обработки распад аустенита происходит в условиях непрерывного охлаждения и иногда изотермически (при постоянной температуре).
...
веснои температуры превращения, и выдерживают до завершения превращения. При этом фиксируют изменение какого-либо свойства, чтобы определить время начала и конца превращения. При температурах, меньших точки Кюри, следят за изменением магнитных свойств стали, так как они наиболее резко изменяются: аустенит парамагнитен, а продукты превращения аустенита ферро-магнитны.
...
Основные закономерности перлитного превращения рассмотрим на примере эвтектоидной стали. Изотермический распад аустенита эвтектоидной стали происходит в интервале температур от Art (720 °С) до Мн (250 °С), где М„- температура начала мартенситного превращения. Мартенситное превращение в эвтектоидной стали при постоянной температуре ниже точки Мн не происходит.
...
На диаграмме (см. рис. 5.8) нанесены две линии, имеющие форму буквы «С»~С-образные кривые. Линия 1 указывает время начала превращения, линия 2-время конца превращения переохлажденного аустенита. В области диаграммы, расположенной левее линии i, существует переохлажденный аустенит; между линиями 1 и
...
ной стали время устойчивости аустенита при температуре 550-560 °С составляет около 1 с. При повышении или понижении температуры относительно 550 °С устойчивость аустенита возрастает. Так, время устойчивости аустенита при 700 °С составляет около 10 с, а при 300 °С- около 60 с.
...
Превращение аустенита при температурах в интервале Лг!-550°С называют перлитным, а превращение при температурах в интервале 550 °С — Мн — промежуточным.
...
В интервале температур перлитного превращения в результате распада аустенита образуются пластинчатые структуры перлитного типа, т. е. структуры, образованные из кристаллов феррита и цементита. Перлитное превращение (рис. 5.9, а) вначале протекает медленно, затем скорость его увеличивается до постоянной величины; в конце превращения скорость постепенно убывает.
...
Строение перлитной структуры зависит от температуры превращения. С увеличением степени переохлаждения, в соответствии с общими законами кристаллизации (см. гл. 2), уменьшается размер образующихся кристаллов, т. е. возрастает дисперсность ферритно-це-ментитной смеси.
...
Дисперсность перлитных структур принято оценивать межпластиночным расстоянием, за которое принимают среднюю суммарную толщину соседних пластинок феррита (Ф) и цементита (Ц) (рис. 5.10).
...
92 Закономерности формирования структуры материалов
...
температурах более высоких, чем 650-670 °С, образуется сравнительно грубая смесь кристаллов феррита и цементита с межпластиночным расстоянием 5-Ю-7 — 7-10~7 м; такую смесь называют собственно перлитом (П).
...
Центры кристаллизации перлитных колоний возникают преимущественно на границах зерен аустенита; при этом перлитные колонии растут во все стороны (см. рис. 5.10).
...
При перлитном превращении полиморфный переход у-кх сопровождается перераспределением углерода. Для образования цементита, содержащего 6,69% С, необходимо перемещение атомов углерода на расстояния, значительно большие межатомных расстояний, так как среднее содержание углерода в твердом растворе до превращения гораздо меньше, чем в цементите.
...
Несмотря на то, что подвижность атомов железа и углерода с понижением температуры от точки Агх
...
С увеличением дисперсности структур перлитного типа возрастают прочность и твердость стали; лучшую пластичность и вязкость имеет структура сорбита.
...
Мартенситное превращение аустенита. На схеме диаграммы изотермического превращения (см. рис. 5.8) условно показана область мартенситного превращения (ниже Мк). Условно потому, что не только в эвтектоидной, но и в подавляющем большинстве сталей мартенситное превращение в изотермических условиях не развивается1.
...
Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от Мн до Мк (рис. 5.11). Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т. е. преврашение не доходит до
...
1 Так, в стали с содержанием 0,06% С, 23,4% N1 и 3,3% Мп изотермическое мартенситное превращение ускоряется с уменьшением температуры от — 50 до — 120 °С и замедляется при дальнейшем понижении температуры.
...
конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит. Аустенит может оставаться в структуре также тогда, когда в углеродистой стали содержится больше 0,6% С и охлаждение ведут только до 0°С (рис. 5.12). На рисунке линии начала и конца мартенситного превращения условно нанесены на «стальной участок» диаграммы железо-цементит, а штриховая линия представляет собой геометрическое место точек Т0
...
щается только в мартенсит при температуре Мн и ниже1 (рис. 5.14). Термокинетические диаграммы имеют огромное значение для технологии термической обработки; они принципиально отличаются от диаграмм изотермического превращения аустенита тем, что строятся при условии непрерывного охлаждения образцов соответствующих сталей. Термокинетическая диаграмма - важная
...
1 Установлено, что практически температуры Мн и М не зависят от скорости охлаждения, и только при скоростях охлаждения более 10000
...
Рис. 5.12. Зависимость температуры термодинамического равновесия аустенита и мартенсита и температур М„ и Мк от содержания углерода в стали
...
углерода (рис. 5.13). Для получения мар-тенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур.
...
Экспериментально построенные для всех сталей термокинетические диаграммы позволяют определить минимальную скорость охлаждения, называемую критической скоростью закалки — Ьур,
...
Закономерности формирования структуры материалов
...
Акад. Г. В. Курдюмов дал классическое определение мартенситному превращению : «Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные». При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т. е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия (рис. 5.17). Для мар-тенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.
...
характеристика, позволяющая предсказывать вид фазового превращения и возможную структуру стали в зависимости от скорости ее охлаждения.
...
Небольшое количество остаточного аустенита (1-3%) после мартенситного превращения сохраняется в сталях, температура Мк которых выше 20-25 °С. Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.
...
На температуры Мн и Мк, помимо содержания углерода, существенно влияют растворенные в аустените легирующие элементы. Подавляющее большинство легирующих элементов понижают температуры Мн и Мк, поэтому в закаленных легированных сталях даже при небольшом содержании углерода после охлаждения до температуры 20-25 °С может сохраниться значительное количество остаточного аустенита.
...
Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита. В интервале температур промежуточного превращения аустенит распадается с образованием структур, называемых бейнитом (Б). Бейнит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита. Основная особенность промежуточного превращения состоит в том, что полиморфный переход происходит по мартенситному механизму.
...
Предполагают, что превращение в данном участке объема начинается с перераспределения углерода, в результате которого одни зоны зерен аустенита обедняются, а другие обогащаются углеродом. С уменьшением количества растворенного углерода повышается температура мартенситного превращения, поэтому мартенситное превращение происходит в первую очередь в обедненных углеродом зонах у-твер-дого раствора. В зонах твердого раствора, обогащенных углеродом, происходит карбидообразование - выделение очень мелких (в виде коротких палочек) кристаллов цементита, по мере обедне-
...
в твердом растворе, искажая кристаллическую решетку Гея, так как растворимость его в Геа значительно меньше, чем в Бег Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку (рис. 5.18). На рисунке крестиками показаны возможные места расположения атома углерода. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.
...
Свойства мартенсита сталей зависят от количества растворенного в нем углерода. На рис. 5.19 показано влияние углерода на твердость мартенсита. По аналогичной кривой изменяется и временное сопротивление сталей. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую НЯС
...
96 Закономерности формирования структуры материалов
...
ния аустенита углеродом развивается мартенситное превращение; у-твердый раствор к моменту полиморфного превращения не полностью освобождается от растворенного углерода, поэтому кристаллы Бе,, имеющие форму очень тонких пластин, несколько пересыщены углеродом.
...
Бейнит, образовавшийся при температуре 400-550°С, называют верхним; он имеет перистое строение. Бейнит, образовавшийся при более низких температурах, называют нижним; он имеет пластинчатое строение.
...
Скорость промежуточного превращения обычно изменяется так же, как скорость перлитного превращения (см. рис. 5.9, я). В некоторых легированных сталях кинетика превращения иная (см. рис. 5.9,6): по окончании инкубационного периода распад аустенита начинается с максимальной скоростью, а затем его скорость убывает. Характерно, что промежуточное превращение не доходит до конца, часть аустенита остается непре-вращенной. Степень превращения убывает с повышением температуры. Не-превращенный аустенит при охлаждении либо сохраняется, либо превращается в мартенсит, что зависит от состава стали.
...
Верхний бейнит имеет неблагоприятное сочетание механических свойств: пониженная прочность из-за сохранения нераспавшегося аустенита сочетается с весьма невысокими пластичностью и вязкостью. Высокой прочностью и одновременно достаточно высокими пластичностью и вязкостью обладает нижний бейнит, а именно бейнит, полученный при температуре на 5О-Ю0°С выше мартенситной точки Мн.
...
Горячекатаные полуфабрикаты, поковки, штамповые заготовки и стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализа-
...
Отжиг и нормализация могут быть промежуточными видами термической обработки, если детали или инструменты после обработки резанием термически упрочняются, а в некоторых случаях эти виды обработки определяют и эксплуатационные свойства металла, если к специальному термическому упрочнению не прибегают.
...
Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для конструкционных сталей наибольшее применение находит перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных сталей сфероидизирующий отжиг.
...
Перекристаллизационный отжиг конструкционных сталей. Конструкционные стали чаще всего содержат углерод в количестве до 0,7 %, т. е. являются до-эвтектоидными сталями.
...
Перекристаллизационный отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения.
...
Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к понижению пластичности. Кроме того, отливки и горячедеформированная сталь часто приобретают структурные дефекты, ухудшающие свойства.
...
Рис. 5.20. Микроструктура отливки из конструк-ционнной углеродистой стали (о), х 200 и вид-манштеттовая структура горячедеформированной углеродистой стали (б), х 250
...
полняется принцип размерного и структурного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относительно кристаллической решетки аусте-нита и имеют форму пластин.
...
Размер зерна аустенита, образующегося после обработки давлением, как показывает опыт, определяется температурой окончания обработки: если температура окончания обработки давлением намного превышает Ас3, то образуется крупнозернистый аустенит и после охлаждения-грубая структура продуктов распада. Если температура конца обработки давлением лежит в межкристаллическом интервале температур, между Ау и А3, возникает другой структурный дефект-строчечность в расположении структурных составляющих — феррита и перлита, что обусловливает значительную анизотропию свойств.
...
Строчечная структура стали значительно чаще возникает из-за загрязнения стали неметаллическими включениями, обычно сульфидами, а также в результате ликвации фосфора.
...
При обработке давлением включения вытягиваются. Феррит, зарождаясь на вытянутых включениях, образует вытянутые скопления. Строчечность структуры, вызванная неметаллическими включениями, не исправляется отжигом.
...
структурой (рис. 5.21) имеет худшие механические свойства (прочность, пластичность и вязкость) в поперечном и высотном направлениях по сравнению с основным направлением деформации.
...
Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стали нагревают до температуры, превышающей температуру Ас3 на 30 — 50 °С. При более высоком нагреве произойдет укрупнение аустенитных зерен. После сквозного прогрева изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную феррит-но-перлитную структуру и, соответственно, низкую твердость и высокую пластичность.
...
Рис. 5.21. Строчечная структура конструкционной углеродистой стали (сернистые включения — центры кристаллизации доэвтектоидного феррита), х 250
...
Закономерности формирования структуры материалов
...
рованности стали. Углеродистые стали получаются достаточно мягкими при скорости охлаждения 100-200 °С/ч. Легированные стали с более высокой устойчивостью переохлажденного аусте-нита нужно охлаждать медленнее, со скоростью 20-70 °С/ч. Высоколегированные стали экономичнее подвергать изотермическому отжигу, т. е. дать выдержку при температуре немного меньшей Аги чтобы получить продукты распада аустенита с низкой твердостью.
...
Сфероидизирующий отжиг инструментальных сталей (сфероидизация). Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для инструмента, деформирующего металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2 %. Высокое содержание углерода обусловливает высокую твердость инструментальных сталей, что затрудняет их обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Для заэвтектоидных сталей сфероидизирующий отжиг, кроме того, подготовляет структуру к закалке.
...
Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму. Отсюда и название отжига -«сфероидизация».
...
Зернистый перлит (рис. 5.22) в инструментальных сталях обычно получают путем нагрева сталей до температуры немного выше, чем Аси 750-770 °С, и последующего медленного охлаждения или изотермической выдержки при субкритической температуре 650-680 °С. При нагреве до температуры, лишь немного превышающей критическую, даже в доэвтектоидных сталях сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.
...
сфероидизировать не только эвтек-тоидный цементит, но и цементит вторичный (избыточный), который при нарушениях режима обработки давлением выделяется в виде сплошных оболочек аустенитных зерен (на шлифе-сетка). Этот заэвтектоидный цементит сферои-дизируется труднее, чем цементит перлита, поэтому заэвтектоидные стали предварительно нагревают выше температуры Асст для распада цементита и охлаждают на воздухе. Такая обработка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки цементита на границах зерен, что облегчает сфероидизацию при вторичном нагреве.
...
Низко-, средне- и высоколегированные инструментальные стали сфе-роидизируют аналогичным образом, однако чаще вместо непрерывного охлаждения от температуры нагрева используют субкритические изотермические выдержки.
...
Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей
...
обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от отжига в основном условиями охлаждения; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.
...
Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.
...
Легированные конструкционные стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработку резанием. В связи с этим после нормализации проводят отпуск при температурах, обеспечивающих получение требуемой твердости (650-750 °С, в зависимости от состава стали).
...
После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия (сравните структуры на рис. 5.23). При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурного интервала Агъ — Аг1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри-
...
Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформиро-ванной стали вытянутых неметаллических включений. При ускоренном охлаждении (по сравнению с отжигом) возникает больше самопроизвольно образующихся центров кристаллизации, поэтому строчечность структуры менее резко выражена. Это дополнительное преимущество данного вида обработки.
...
Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.
...
Закалка сталей. В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полученные при отпуске мартенсита, имеют лучшие механические свойства, чем структуры, полученные непосредственно в результате распада аустенита, за исключением нижнего бейнита.
...
В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических
...
100 Закономерности формирования структуры материалов
...
Рис. 5.24. Оптимальные температуры нагрева под закалку доэвтектоидных, заэвтектоидных (в) и высоколегированных ледебу-ритных сталей (б)
...
температур Асъ или Асст; при неполной закалке сталь нагревают до межкритических температур - между Ас1 и Ас3 (Асст) (рис. 5.24).
...
Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Асъ + (30-=-50°С). Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аусте-нита и, соответственно, после охлаждения - мелкокристаллического мартенсита. Недогрев до температуры Асъ приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочности обеспечивает повышенную пластичность закаленной стали.
...
Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева углеродистых и низколегированных сталей-температура Ас ^ + + (30ч-50°С).
...
После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной закалке. Так как сталь предварительно подвергалась сфероидизирующему отжигу, избыточные карбиды округлой формы не вызывают снижения вязкости. Высоколегированные инструментальные стали ледебу-
...
ритного класса (см. рис. 5.24) для повышения теплостойкости 1 нагревают при закалке до очень высоких температур (область 1), близких к эвтектической. При этом происходит распад всех вторичных карбидов, аустенит обогащается не только углеродом, но и легирующими элементами, содержащимися в карбидах. В результате получается высоколегированный, а следовательно, и теплостойкий мартенсит.
...
Если высоколегированные инструментальные стали используют не как теплостойкие, а только как износостойкие, температуру закалки понижают (см. рис. 5.24, область 2), сохраняя некоторое количество вторичных карбидов не-растворенными. При такой закалке температура нагрева достаточно высокая (900-1000 °С). Это связано с влиянием легирующих элементов на критические температуры стали (см. гл. 3) и с малой скоростью диффузии легирующих элементов в твердом растворе.
...
Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость fKp (см. рис. 5.14).
...
1 Теплостойкость это способность легированных сталей сохранять высокую твердость при нагреве до температуры 500-600 °С.
...
ду или масло), имеющую температуру 20-25 °С. Однако в некоторых случаях для уменьшения деформации (коробления) деталей или для предотвращения образования трещин условия охлаждения усложняют.
...
Коробление и растрескивание вызываются значительными остаточными напряжениями, возникающими при закалке. Основной источник напряжений-увеличение объема при превращении аустенита в мартенсит. Модуль упругости в температурном интервале мартенситного превращения достаточно велик, поэтому возникающие из-за объемных изменений напряжения релаксируют с малой скоростью. Значительные макроскопические напряжения возникают из-за неодновременности превращения по сечению, а также в закаливаемых деталях сложной формы. Остаточные напряжения уменьшаются при условии одновременного превращения по сечению и понижения скорости охлаждения в интервале температур МИ~МК.
...
В практике термической обработки сталей широкое использование нашли следующие способы охлаждения, позволяющие значительно уменьшить величину остаточных напряжений: закалка в двух средах и ступенчатая закалка.
...
Закалка в двух средах. Схема обработки показана на рис. 5.25. После нагрева под закалку деталь погружается на определенное время в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного интервала минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкую охлаждающую среду, обычно в масло.
...
Ступенчатая закалка. При ступенчатой закалке деталь, нагретую до температуры закалки, переносят в жидкую среду, имеющую температуру на 50-100 °С выше мартенситной точки Мн закаливаемой стали, и выдерживают небольшое время, необходимое для выравнивания температуры по сечению, а затем окончательно охлаждают на спокойном воздухе (см. рис. 5.25).
...
102 Закономерности формирования структуры материалов
...
Для предотвращения коробления изделий, таких, как ножовки, пилы, бритвы, их охлаждают заневоленными, например, в массивных медных или стальных плитах; скорость охлаждения в этих условиях оказывается меньшей, чем в маслах.
...
Обработка холодом 1. Обработкой холодом называют охлаждение закаленных деталей до температуры, меньшей 20-25°С.
...
Обработке холодом подвергают закаленные легированные стали, для которых температура конца мартенситно-го превращения Мк значительно ниже температуры 20-25 °С. Вследствие этого, после охлаждения до этой температуры, наряду с мартенситом в структуре оказывается значительное количество остаточного аустенита. Остаточный аустенит понижает твердость закаленной стали и может вызвать нестабильность размеров готовых деталей, так как, будучи нестабильной фазой, способен к распаду при низкой температуре с малой скоростью. Для стабилизации размеров закаленных изделий и повышения их твердости проводится охлаждение до температуры Мк, в процессе которого аустенит превращается в мартенсит. Температура Мк легированных сталей изменяется в широких пределах, поэтому при обработке холодом их охлаждают до температур от -40 до -196 °С (температуры жидкого азота).
...
Остаточный аустенит в процессе выдержки при температуре 20-25 °С несколько стабилизируется, поэтому обработку холодом следует проводить сразу после закалки.
...
Обработке холодом подвергают измерительные инструменты, детали подшипников качения, цементированные детали из легированных сталей и ряд других изделий.
...
Получение мартенсита при таком способе охлаждения возможно только в легированных сталях с достаточно высокой устойчивостью переохлажденного аустенита в интервале температур перлитного превращения.
...
К ступенчатой закалке прибегают обычно при термической обработке инструментов небольшого сечения из низко- и среднелегированных сталей. Достоинство указанного способа охлаждения состоит также в возможности правки инструментов в специальных приспособлениях при охлаждении после изотермической выдержки.
...
Изотермическая закалка. В некоторых случаях после закалки на мартенсит и последующего отпуска не удается получить достаточной прочности и вязкости, тогда применяют изотермическую закалку на нижний бейнит, обладающий высокой вязкостью и прочностью.
...
При изотермической закалке нагретую деталь переносят в ванну с расплавленными солями, имеющую температуру на 50-100 °С выше мартенситной точки Мн, и выдерживают при этой температуре до завершения превращения аустенита в бейнит и затем охлаждают на воздухе (см. рис. 5.25).
...
Закаливаемость в прокаливаемость сталей. Закаливаемость и прокаливаемость-важнейшие характеристики сталей. Закаливаемость определяется твердостью поверхности закаленной детали и зависит главным образом от содержания углерода в стали. При закалке, различных деталей поверхность их, как правило, охлаждается со скоростью, большей !;кр, следовательно, на поверхности образуется мартенсит, обладающий высокой твердостью.
...
При закалке любых деталей даже в самых сильных охладителях невозможно добиться одинаковой скорости охлаждения поверхности и сердцевины детали. Следовательно, если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше икр, то деталь не прокалится насквозь, т. е. там не образуется мартенсит.
...
Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определенную глубину. С помощью термокинетических диаграмм можно не только анализировать эту способность стали, но и определять ее, если известны кривые охлаждения закаливаемой детали в различных точках. Этот прием показан на рис. 5.14, где на термокинетическую диаграмму стали 45 нанесены кривые охлаждения в воде детали типа вала в точках, расположенных на поверхности (По) и в центре (Це), на расстоянии 0,5К от поверхности вала (К радиус вала). Эти кривые получают
...
экспериментальным или расчетным путем. В данном случае кривые расположились так, что при указанных условиях охлаждения на поверхности и на расстоянии 0,5К от нее будет образовываться только мартенситная структура, а в центре вала-смесь перлита с бейни-том. Иногда на термокинетических диаграммах указываются значения твердости стали после охлаждения с той или иной скоростью. В этом случае можно построить график изменения твердости по сечению цилиндрического образца данной стали. Такие графики (рис. 5.26), но полученные экспериментальным путем, приведены в справочниках и характеризуют прокаливаемость сталей.
...
Условились при оценке прокаливаемое™ закаленными считать слои, в которых содержится не менее 50% мартенсита (полумартенситная зона). Установлено, что легирование стали любыми элементами, кроме кобальта, увеличивает прокаливаемость, так как при этом повышается устойчивость переохлажденного аустенита Для экспериментального определения прокаливаемости менее трудоемким оказался способ торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Цилиндрический образец диаметром 0,025 и длиной 0,1 м, нагретый до температуры закалки, охлаждают струей воды только с торца на специальной установке. После охлаждения измеряют твердость по образующей цилиндра и строят график изменения твердости по длине
...
Рис. 5.26. Изменение твердости по сечению образцов из сталей 40 (а, б) и 40Х (в, г) после закалки от 830 °С в воде (а, в) и в масле (б, г)
...
104 Закономерности формирования структуры материалов
...
в виде карбидов, кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения а-твердого раствора и остаточные напряжения.
...
Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, распад аустенита-увеличение объема.
...
На рис. 5.28 схематично показано изменение длины закаленного образца углеродистой стали при отпуске, в которой было значительное количество остаточного аустенита. В сталях, не содержащих легирующих элементов, первое превращение происходит в интервале температур 80-200 °С, второе -200-260"С, третье-260-380 С (рис. 5.28,7-777).
...
Первое превращение. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде мета-стабильного е-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. Весьма дисперсные кристаллы е
...
Содержание углерода в мартенсите в интервале температур первого превращения зависит от исходного количества углерода (рис. 5.29), тогда как при более высоком нагреве оно определяется лишь температурой.
...
Второе превращение. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. При температурах около 250 °С начинается превращение е-карбида в цементит; при этом когерентность решеток твердого раствора и карбида нарушается.
...
Если в закаленной стали было много остаточного аустенита, то уменьшение плотности при распаде будет большим, чем увеличение плотности, вследствие выделения углерода из мартенсита. В этом случае (см. рис. 5.29) длина закаленного образца увеличится.
...
распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщающий углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки а-твер-дого раствора устраняется-мартенсит переходит в феррит. После отпуска при температуре 380^400°С в структуре стали обнаруживается только карбид це-ментитного типа. Оба указанные процесса вызывают увеличение плотности стали-длина образца уменьшается (см. рис. 5.29).
...
Ферритно-карбидная смесь, образовавшаяся в конце третьего превращения, весьма дисперсна и имеет примерно такую же твердость, как троостит (ее называют трооститом отпуска). Структуру стали, образовавшуюся при температурах первого и второго превращений, называют отпущенным мартенситом.
...
При более высоких нагревах в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита.
...
В интервале температур третьего превращения цементит имеет форму тонких пластин. С повышением температуры происходит коагуляция: кристаллы цементита укрупняются (более мелкие кристаллы распадаются, а более крупные растут); при этом форма кристаллов постепенно приближается к сфероидальной. Коагуляция и сферои-дизация карбидов происходят с заметной скоростью, начиная с температур 350-400 °С Скорость этих процессов увеличивается при повышении температуры.
...
Изменения структуры феррита обнаруживаются, начиная с температуры около 400 °С: уменьшается плотность дислокаций, которая очень велика в мартенсите до отпуска, постепенно устраняются границы между пластинчатыми кристаллами феррита, в результате чего зерна феррита укрупняются и их форма приближается к равноосной; таким образом, с повышением температуры отпуска постепенно снимается фа-
...
Закономерности формирования структуры материалов
...
Ферритно-карбидную смесь, которая образуется после отпуска при температуре 450-650 °С называют сорбитом отпуска. После отпуска при температуре, близкой к температуре Аи образуется грубая ферритно-карбидная смесь-зернистый перлит.
...
Влияние легирующих элементов на процесс отпуска. Многие легирующие элементы повышают температуры второго и третьего превращений, уменьшают скорость коагуляции карбидов и влияют на карбидные превращения при отпуске.
...
При легировании сталей Сг, Мо, Ш, V, Со и Б1 затрудняется распад мартенсита: он завершается при нагревах до температуры 450- 500 °С; карбидообра-зующие элементы (Сг, Мо, Ш, V) уменьшают скорость диффузии углерода вследствие химического сродства с ним; Со и $1,
...
В сталях с большим количеством кар-бидообразующих элементов температурой отпуска определяется тип выделяющихся карбидов. При температурах до ~400°С подвижность атомов легирующих элементов весьма мала, поэтому вместо специальных карбидов 1 из мартенсита, так же как и в углеродистых сталях, выделяется карбид железа, для образования которого требуется лишь перемещение атомов углерода. При более высоких температурах становится возможным образование специальных карбидов: кристаллы цементита постепенно исчезают, а вместо них появляются более дисперсные специальные карбиды.
...
Многие легирующие элементы повышают температурный интервал распада остаточного аустенита до 400-580 °С. В сталях с большим количеством карби-дообразующих элементов изменяется и механизм распада: при температуре отпуска из аустенита выделяются специальные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он приобретает способность к превращению при охлаждении-по достижении температуры М„ начинается превращение аустенита в мартенсит.
...
Все карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов; наиболее медленно коагулируют специальные карбиды типа М6С и МС, заметное укрупнение таких карбидов происходит при температуре, большей 550-600 °С.
...
В зависимости от температурного интервала принято различать три вида отпуска: низкий при 120-250 "С, средний -при 350-450 °С и высокий при 500-680 °С. Продолжительность выдержки при отпуске устанавливают с таким расчетом, чтобы обеспечить стабильность свойств стали. При низком отпуске инструментов продолжительность его чаще всего составляет 0,5-2 ч в зависимости от сечения инструмента. Продолжительность отпуска увеличивается до 10-15 ч, если температура низкого отпуска не превышает 10& 120 °С. В этом случае, например, при отпуске мерительного инструмента, когда падение твердости нежелательно, такой продолжительный отпуск позволяет исключить объемные изменения в процессе эксплуатации инструмента.
...
Продолжительность среднего и высокого отпуска обычно составляет от 1 до 2 ч для деталей небольшого сечения и от 3 до 8 ч для деталей массой от 200 до 1000 кг (диски газовых и паровых турбин, валы и цельнокованые роторы турбин и другие детали большой массы).
...
следующего охлаждения не оказывает влияния на структурное состояние стали. Обычно от температуры отпуска детали охлаждают на спокойном воздухе.
...
При нагреве углеродистых сталей с дисперсными перлитными структурами происходят коагуляция и сфероиди-зация карбидов. В легированных сталях могут происходить и карбидные превращения: если перлитная структура появилась при значительном переохлаждении аустенита (например, структура троос-тита), когда образование специальных карбидов затруднено, отпуск при температуре 600-700 °С вызовет превращение цементита в специальный карбид.
...
живают выделение карбидов железа, поэтому при температуре отпуска до 400-500 °С твердость снижается незначительно (рис. 5.30,6). При температурах выделения дисперсных специальных карбидов в сложнолегированных сталях (Сг-\У-У, Сг-Мо-У и др.) происходит повышение твердости несмотря на уменьшение содержания углерода в мартенсите. Повышение твердости у сталей с хромом, вольфрамом (молибденом) и ванадием соответствует температуре 500-560 °С.
...
Для закаленной и неотпущенной сталей характерны довольно низкие значения ав, предела упругости и предела текучести; при отпуске до 300 °С эти характеристики прочности возрастают; при дальнейшем повышении температуры отпуска ав предел упругости и предел текучести монотонно снижаются. Наиболее высокое отношение (т02/ав в конструкционных сталях достигается после отпуска при 300-350 °С (рис. 5.31).
...
Характеристики пластичности 8 и ф возрастают по мере повышения температуры отпуска (см. рис. 5.31). Ударная вязкость непосредственно после за-
...
Рис. 5.32. Влияние температуры отпуска и скорости охлаждения от температуры отпуска на ударную вязкость конструкционных легированных сталей (схема): / — отпускная хрупкость I рода; // — отпускная хрупкость 11
...
калки низкая. С повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, однако есть два температурных интервала, при которых ударная вязкость конструкционных сталей заметно снижается: 250-350 и 500-600°С; понижение вязкости соответственно называют отпускной хрупкостью I и II рода (рис. 5.32). Природа охрупчивания сталей после отпуска при указанных температурах недостаточно ясна.
...
Понижение ударной вязкости после отпуска при 250-350 °С наблюдается у всех конструкционных сталей независимо от степени легирования. Заметное понижение ударной вязкости после отпуска при 500-600 °С наблюдается только у легированных конструкционных сталей-хромистых, марганцевых, хро-моникелевых, хромомарганцевых и др. Снижения вязкости почти не происходит в случае быстрого охлаждения от температуры отпуска (в воде или масле). Отпускная хрупкость II рода заметно подавляется даже при медленном охлаждении от температуры отпуска, дополнительным легированием сталей молибденом или вольфрамом в количестве 0,3 и 1 % соответственно.
...
Комплексную термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей, называют улучшением.
...
Химико-термической обработкой называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами.
...
Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости и контактной выносливости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии.
...
На первой стадии протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы, по-видимому, в ионизированном состоянии.
...
На второй стадии процесса они усваиваются насыщаемой поверхностью металла - происходит адсорбция или хемо-сорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом (абсорбция), возникает градиент концентрации-движущая сила для следующей стадии процесса.
...
Третья стадия - диффузионное проникновение элемента в глубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией.
...
Первая и вторая стадии процесса химико-термической обработки протекают значительно быстрее третьей - диффузионной стадии, где формируются структура и свойства диффузионной зоны. Третья стадия определяет скорость процесса химико-термической обработки.
...
Фазовые и структурные изменения, происходящие на диффузионной стадии процесса, можно предсказать с помощью двойных диаграмм состояния, если в диффузионном взаимодействии участвуют всего два элемента. При этом предполагается, что диффузионный процесс не интенсифицируется и образующаяся диффузионная зона находится в равновесном состоянии.
...
Так, при длительном диффузионном насыщении (т3) элемента А элементом В можно добиться соответствия фазового состава диффузионной зоны равновесной диаграмме состояния (рис. 6.1).
...
Двухфазные области в диффузионной зоне не образуются, так как через фазу постоянного состава диффузионный перенос невозможен из-за отсутствия градиента концентрации.
...
Двухфазный слой в диффузионной зоне может образоваться при медленном охлаждении от температуры диффузионного насыщения вследствие переменной растворимости и вторичных выделений а- и 5
...
Для однофазных областей диффузионной зоны зависимость роста толщины слоя от продолжительности насыщения при Гд„ф
...
Существует множество способов химико-термической обработки, однако наибольшее распространение в промышленности получили процессы диффузионного насыщения из активных жидких и газовых сред. Более рациональной исходной средой является активизированная газовая среда, т. е. среда, лишен-
...
ная нейтральных (балластных) примесей, где активный диффундирующий элемент образуется в результате диссоциации, диспропорционирования или восстановительных реакций, которые называются ведущими. Выявлять ведущие химические реакции можно экспериментально или расчетным путем. В последнем случае более вероятной считается реакция, имеющая более отрицательный изобарный потенциал (свободную энергию Гиббса) или большую константу равновесия. В ряде случаев исходную газовую среду активизируют ионизацией в тлеющем разряде.
...
Диффузионное насыщение стали углеродом, азотом и совместно этими элементами - наиболее распространенные в промышленности процессы химико-термической обработки.
...
Химико-термическая обработка металлов и сплавов 111
...
Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали доводится до 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу. Твердость
...
Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т. д.
...
Закономерности формирования структуры материалов
...
чти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана
...
В ряде случаев (эндотермическая контролируемая атмосфера) при наличии в газе СО возможна также реакция 2СО -* С02 + С. В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы. Следовательно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.
...
Структура цементованного слоя. Типичная структура цементованного слоя на поверхности низкоуглеродистой стали после медленного охлаждения от температуры цементации показана на рис. 6.3. Обычно ее сопоставляют со схемами на рис. 6.4. Наружная часть слоя, содержащая больше 0,8% С, имеет структуру заэвтектоидных сталей-перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек (на шлифе сетка). Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной ста-
...
За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5-1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.
...
Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали.
...
Рис. 6.4. Участок диаграммы Ре—РезС. Изменение содержания углерода и структуры по толщине цементованного слоя (схема): <ц — температура цементации;
...
Химико-термическая обработка металлов и сплавов
...

Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Материаловедение