2. Дать характеристику твердых фаз, которые могут быть в сталях.

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе. ОЦК структура стабильна до 911 °С. Наибольшая растворимость углерода в альфа-железе – 0,02% при 727 °С. С понижением температуры снижается и растворимость углерода, и при комнатной температуре она составляет 0,005% по массе. По этой причине феррит называют технически чистым железом, он имеет незначительную твердость и прочность, но высокую пластичность.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе.ГЦК структура . В Может существовать только при высоких температурах. В гамма-железе углерод растворяется значительно лучше, чем в альфа-железе, максимальная растворимость углерода в гамма-железе составляет 2,14% и наблюдается при температуре 1147 °С. С пониженим температуры растворимость углерода снижается - до 0,8% при 727 °С. Аустенит имеет твердость HB = 160-200 и весьма пластичен (относительное удлинение 40-50%), наблюдается в сталях при температурах от 727 °С.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600 °С. Он очень тверд (HB порядка 800 единиц), хрупок и практически не обладает пластичностью.

5. Объяснить, как происходит нормальный немартенситный механизм превращения.

Перлитное превращение

Наблюдается в условиях медленного охлаждения или в условиях изотермической выдержки.

Рассмотрим сталь с содержанием С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А. Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.

При перлитном превращении фаза превращается в две новые, при этом изменяется тип кристаллической решетки и перераспределяется углерод.



















Особенности:

  1. превращение диффузионное.

Микроструктура:


Выдержка при:

Структура

650 ± 20˚С

Перлит

600 ± 20˚С

Сорбит

550 ± 20˚С

Тростит

Ниже 550˚С перлитное превращение не протекает из-за замедления диффузии углерода.


  1. пластинчатая, перлитообразная структура.


НВ, МПа

Структура

2000

Перлит

3000

Сорбит

4000

Тростит

Твердость зависит от дисперсности смеси.


3) перлитное превращение начинается не сразу и протекает постепенно во времени.

(1) – линия начала превращения;

(2) – линия конца превращения;

С–образная диаграмма превращения аустенита – диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита.









6. Описать свойства перлитной структуры и мартенсита.

Мартенсит: самая искаженная крист. решетка. Имеет максимальную твердость и минимальную пластичность. Чем больше углерода, тем выше твердость. Самый большой удельный объем, при образовании мартенсита процент стали увеличивается. Мартенсит состоит их очень мелких кристаллов. Содержит столько углерода, сколько его было в аустените -> он сильно пересыщенный твердый раствор внедрения, так как в железе α при комнатной t углерода может быть не более 0.006%. В решетке мартенсита образуется огромное количество дислокаций (.

Перлит: бывает пластинчатым и зернистым. Свойства зависят от типа, размера и формы цементитных зерен, от расстояния между пластинами. Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%. Прочность и твердость зернистого перлина несколько меньше, зато выше пластические свойства. Благодаря а-железу перлит обладает магнитными свойствами.


7. Обьяснить зависимость мартенситного превращения от хим. состава стали.

Положение температур (точек) Мн и Мк не зависит от скорости охлаждения и определяется химическим составом стали. Чем больше углерода в аустените, тем ниже располагаются эти тем­пературы.



8. Показать влияние углерода на твердость мартенсита в углеродистых сталях.


Мартенсит при содержании более 0.4 % C является наиболее

твердой и хрупкой фазой в сталях. В сталях с содержание

углерода более 0,3..0,35 % мартенситная структура имеет

значительный уровень твердости, такие стали называются

закаливающимися.



9. Какая скорость охлаждения при закалке называется критической.

Критическая скорость охлаждения - минимальная скорость охлаждения, обеспечивающая возможность превращения аустенита в мартенсит.


10. Назовите структуру до- и заэвтек. сталей, нагретых до температур выше крит.











Конструкционная сталь:



Тем-ра



Структура при нагреве



Структура после быстрого охлаждения



Результат

t1

Ф+П

Ф+П

НВ повыситься не может

t2

А~0.8~0.02

М~0.8~0.02

НВ повышается, но не до max из-за феррита

t3

Ах1

Мх1

НВ max

t4

Ах1

крупнозернистый

Мх1

крупнокристаллический

НВ почти max, но излишняя хрупкость



Инструментальная сталь:



Тем-ра



Структура при нагреве



Структура после быстрого охлаждения



Результат

t2

А~0.8II

М~0.8IIост(мало)

НВ max

t3

Ах2

крупное зерно

Мх2+ Аост(много)

крупнокристаллический

Не max НВ из-за Аост и хрупкость из-за М







11. Указать для разных сталей оптимальную темп. закалки.

Цель закалки: получить max твердости без излишней хрупкости

Полная закалка - нагрев до температур однофазной аустенитной области.

Для конструкционных сталей:

Неполная закалка - нагрев до межкритических температур, при которых сохраняется избыточная фаза - феррит или цементит.

Для инструментальных сталей:

12. Какие структурные изменения вызывают нагрев мартенсита?

При нагреве мартенсит переходит в более устойчивые структуры: тростит, сорбит, перлит.

13. Как изменяются свойства закаленной стали при отпуске?

Сталь отпускается из напряженного, закаленного состояния. В результате структура становится более равновесной, снижается твердость, повышается вязкость и сопротивление ударной нагрузки.

Диаграмма изменения длины образца в зависимости от температуры нагрева.

14. Назовите виды отпуска и их применение.

Низкий. Температурный интервал 0-200. Структура после отпуска Cвойства: HRC ~ 60-67 (износостойкость).

Применяется в изготовлении инструмента и подшипников. Цели: В понижении закалочного напряжения, но сохранить полученную твердость.

Средний. Температурный интервал 350-500. Структура после отпуска

Cвойства: HRC ~ 40-50 (макс. упругость и выносливость).

Применяется в изготовлении рессоров, штампов, рельсов. Цели: Снять закалочные напряжения и получить комплекс свойств.

Высокий. Температурный интервал 550-650. Структура после отпуска

Cвойства: HRC ~ 30-35 (наилучшее сочетание механических свойств).

Применяется в изготовлении деталей машин, валы. Цели: Снять закалочные напряжения и получить комплекс свойств.

15. Как проводят перекристаллизационный отжиг сталей?

Перекристаллизационный отжиг - термическая обработка, в результате которой конструкционный стали приобретают структуру, близкую к равновесной. Стали, подвергаемые отжигу, нагревают до температуры выше крит. точки Ас3 на 30..50 градусов, выдерживают, а потом медленно охлаждают с температурой 100-200гр/час. ( для углеродистых) или 20-70гр/час.( для легированных).

Отжига проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Снимаются остаточные напряжения.








Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.