РК 2 Ховова (Часть 2)

Посмотреть архив целиком

ЧАСТЬ 2


Термическая обработка сплавов


Любая термическая обработка (ТО):




Основные операции:

    1. Отжиг – температуры различные, в зависимости от цели, как правило медленный нагрев, длительные выдержки, всегда медленное охлаждение (20-200˚С/час с печью).

    2. Закалка – температура разная, но всегда связана с критической точкой, всегда используется быстрое охлаждение (масло - 60˚С/час, вода - 600˚С/час, вода+NaCa(10%) – 1200˚С/час)


Цель: получить не равновесную структуру.




Глава 1. Термическая обработка сплавов, компоненты которых имеют переменную растворимость



Фазы: ж, α-твердый раствор, раствор замещения А(В), AmBn – промежуточная фаза. 0f – линия переменной растворимости, показывает, что при увеличении температуры растворимость атомов В в решетке А увеличивается от х0 до хf.




§1. Превращения в сплавах при нагреве и охлаждении


Рассматриваем на примере одного сплава х3.


Нагрев: при температуре t0 состоит из 2-х фаз αХ0 + AmBn,

,

при температуре t1 состоит из 2-х фаз αХ1 + AmBn,

при температуре t2 состоит из 2-х фаз αХ2 + AmBn. (*)


(*): при повышении температуры фаза AmBn постепенно растворяется, а раствор обогащается атомами В.


при температуре t3 состоит из 1-й фазы αХ3;

при температуре tf состоит из 1-й фазы αХ3.




Охлаждение: процесс идет в обратном порядке.


Итог:

    1. Благодаря линии переменной растворимости один и тот же сплав в зависимости от температуры может находиться в одно- или 2-х фазном состоянии и это превращение обратимо.

    2. После медленного охлаждения сплав будет находиться в равновесном состоянии, т.е. имеет min прочность и max пластичность.

    1. После быстрого охлаждения (закалки) сплав охлаждения в неравновесном состоянии: в место двух фаз будет состоять из одного твердого раствора, сильно пересыщенного атомами В.


§2. Упрочняющая термическая обработка сплавов с переменной растворимостью


  1. Закалка.

Цель: получить пересыщенный твердый раствор.

Условия проведения: (охлаждение в воде) tнагр = t0f + (5˚, 10˚, 20˚).

Структура: пересыщенный после закалки твердый раствор, (х3 – х0) – степень пресыщенности.

Пересыщенный твердый раствор замещения. Свойства: т.к. это пересыщенный твердый раствор замещения, то он имеет низкую прочность и высокую пластичность, закалку делают в заготовках и сразу делает механическую обработку.

  1. Старение – нагрев закаленного сплава, имеющего структуру пересыщенного твердого раствора замещения.

Цель: получить максимальную прочность.

При старении (при нагреве) из пересыщенного твердого раствора должна выделиться фаза AmBn. Т.к. фаза AmBn имеет собственную решетку и содержит гораздо больше атомов В, чем пересыщенный твердый раствор, процесс ее выделения требует диффузии и протекает в несколько стадий.

I стадия – стадия образования зон Гинье-Престона (ГП)





tc2 – самый верный вариант – оптимальный.


Сплавы:

  1. С переменной растворимостью.

  2. Стареющие.

  3. Дисперсионно-твердеющие.

Цель ТО:

  1. разупрочнение – отжиг (медленное охлаждение с печью) – редко!

  2. упрочнение – закалка + старение – механическая обработка, для Al сплавов – 2-3 часа.

Стареть могут все сплавы. Чем сильнее пересыщают твердый раствор, тем сильнее эффект старения.













Глава 2. Термическая обработка сплавов, компоненты которых имеют полиморфное превращение





§1. Диаграмма состояний железо - углерод


  1. ДС сплавов железа с углеродом.

Компоненты: Feα, Feβ, Feγ

Железо:

d (плотность) ~ 7.68 г/см3

RFe ~ 1.25 Å

Углерод:

d ~ 2.5 г/см3

RC ~ 0.77 Å



Фазовый состав:

  1. расплавленная жидкость (ж);

  2. твердый раствор внедрения


Feα(C), Feδ(C) – ОЦК – Ферритα, Фδ).

Фα (max C = 0.02%), Фδ (max C = 0.1%).

Феррит содержит очень мало углерода – по свойствам похож на железо. Очень мягкая и пластичная фаза.

НВ ~ 800-1000 МПа


Feγ(C) – ГЦК – Аустенит (А)

А (max C = 2.14%)

Пластичная фаза, вдвое тверже феррита.

НВ ~ 1600-2000 МПа;


  1. промежуточная фаза

Fe3C (ромбоэдрическая решетка) – Цементит (Ц)

Ц (max C = 6.69%)

Крайне хрупкая, очень твердая фаза.

НВ ~ 8000 МПа.














Структурный анализ ДС


  1. Превращения при кристаллизации

Сплавы с содержанием (0 – 2.14)% С


Превращение перитектическое, С = К+1-Ф = 0

Для того, чтобы из 2-х фаз получилась одна необходимо, чтобы было равное соотношение фаз

Если пропорция нарушена, то одна из фаз в избытке.




После затвердевания кристаллизуются все сплавы с содержанием С до 2.14%, состоят они из 1 фазы аустенита.

Ледебуриты:

Крайне хрупкая структура, состав сплавов:


Сплавы с содержанием (2.14 - 6.69)% С

Все сплавы после завершения кристаллизации состоят из 2-х фаз А+Ц и все в структуре содержать эвтектику ледебурит.

!!! Наличие или отсутствие хрупкой эвтектики изменяет свойства сплавов и служит признаком для классификации этих сплавов на стали и чугуны.

Стали содержат С < 2.14%, не содержат эвтектику, чугуны содержат С 2.14 – 6.69%, содержат эвтектику.


  1. Превращения в твердом состоянии


SE – линия переменной растворимости углерода в аустените. Уменьшается от 2.14 до 0.8 при понижении температуры.

Из аустенита должен выделяться ЦII;


DQ – линия переменной растворимости углерода в феррите. При понижении температуры уменьшается от 0.02 до 0.006. Из феррита должен выделиться ЦIII;


PSK

(●) S

Эвтектоидное превращение. Перлит. С = 2+1-3 = 0!

Ф ~ 87%, Ц ~ 13%, НВ = 2000 МПа, σВ ~ 850 МПа, δ ~ 15%

Заключение: При переходе через линию PSK весь имеющийся в сталях и чугунах аустенит превращается в перлит.


  1. Техническое железо С ≤ 0.02%

Основная фаза феррит, в структуре нет перлита.


Стали: С (0.02 – 2.14)%, фазы феррит и цементит, Ф >> Ц, в структуре всегда есть перлит.


Чугуны: С (2.14 – 6.69)%, фазы феррит и цементит, Ц ≥ Ф, в структуре всегда есть ледебурит. Из-за огромного количества цементита чугуны по цвету излома называются белыми.

Пример:












§2. Превращения в сталях при нагреве и охлаждении


Фазы: - феррит Feα(C);

- аустенит Feγ(C);

- цементит Fe3C.

Структура: П[Ф+Ц]

Обозначение критических точек



Линии


Превращение


Критическая точка


Нагрев/охлаждение

PSK

А‹―›П

А1

АС1r1

GS

А‹―›Ф+А

А3

АС3r3

SE

А‹―›А+Ц

Аст

АСстrст


  1. Превращения при нагреве

- до эвтектики Ф+П ―› А;

- эвтектика П ―› А;

- за эвтектикой П+Ц ―› А;

Рассмотрим эвтектоидную сталь, С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А

Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.

Превращение при нагреве П―›А вызывает изменение кристаллической решетки, из 2-х фаз образуется одна, возникает перераспределение углерода – превращение диффузионное.







Микроструктура: