Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ЛЕКЦИЯ № 8. Способы обработки металлов

/. Влияние легирующих компонентов

на превращения, структуру, свойства сталей

Легирующие компоненты или элементы, вводимые в стали в зависимости от их взаимодействия с углеродом, находящем­ся в железоуглеродистых сплавах, подразделяют на карбидо-образующие и некарбидообразующие. К первым относятся все элементы, расположенные в периодической системе эле­ментов левее железа, — марганец, хром, молибден и т. д. Правее железа располагаются элементы, не образующие кар­бидов, — кобальт, никель и т. д.

Первые, как и вторые, легирующие элементы растворяют­ся в а- или у-железе, однако содержание карбидообразую-щих элементов в этих фазах железа меньше, чем вводимое в сталь, так как определенное их количество связывается с углеродом. При этом растворение легирующих элементов в а- и V-фазах ведет к изменению периода кристаллической решетки. Элементы с большим атомным радиусом увеличи­вают его (\У, Мо и др.), а с меньшим (81) — уменьшают.

При близости атомных размеров (Мп, М, Сг) периоды кри­сталлической решетки изменяются слабо. Как показывают исследования, прочность феррита изменяется пропорцио­нально периоду его решетки. Карбиды в легированных сталях являются твердыми растворами на основе того или иного со­единения: Ре₃С, Ре₃Мо₃С, Ре₃^₃С ^{и т}- Д-

В легированных сталях выделяются две группы карбидов: группа I — М₃С, М₂₃С₆, М₇С₃ и М₆С и группа II — МС, М₂С (М — легирующий компонент — элемент). Карбиды I группы имеют сложную кристаллическую решетку и при соответ­ствующем нагреве достаточно хорошо растворимы в аустени­те. Карбиды II группы имеют простую кристаллическую ре­шетку, но растворяются в аустените лишь частично и при очень высокой температуре.

Некарбидообразующие элементы (легированные) содер­жатся в легированных сталях в виде твердого раствора в фер­рите. Карбидообразующие легированные элементы могут находиться в различных структурных состояниях: они могут быть растворены в феррите или цементите (РеСг)₃С или су­ществовать в виде самостоятельных структурных составляю­щих — специальных карбидов: ^С, МоС и др. Местоположе­ние карбидообразующих элементов в структуре стали зависит от количества введенных легирующих элементов и содержания углерода. Легирующие элементы, растворенные в феррите, искажают его кристаллическую решетку; уменьшают тепло­проводность и электропроводность стали. Карбиды легирую­щих элементов отличаются весьма высокой твердостью (70— 75 НКС) и износостойкостью, но обладают значительной хруп­костью. Они играют очень важную роль в производстве инст­рументальных сталей.

Как показали исследования, конкретному сечению стали должно соответствовать определенное количество легирую­щих элементов, иначе ухудшаются такие ее технологические свойства, как обработка резанием, свариваемость и др. На­пример, если содержание хрома или марганца превышает 1%, увеличивается порог хладноломкости стали (порог хлад­ноломкости, или критическая температура хрупкости, — это температура перехода металла от вязкого разрушения к хруп­кому, и наоборот).

2. Теория термической обработки

Задача термической обработки — путем нагрева и охлажде­ния вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры. Любой вид термической обработки обычно изображается в координатах температура — время.

Собственно термическая обработка не предусматривает какого-либо иного воздействия, кроме температурного.

При термической обработке стали происходят следующие основные превращения:

1) превращение перлита в аустенит, происходящее при

нагреве выше точки Ас{.

Реа + Ре₃С -» Реу (С) или П -» А;

Г, °с

Л/с. & График термической обработки: т_н — время нагрева, т_в — вре­мя выдержки, т₀ — время охлаждения; ^_тах — максимальная темпера­тура; ^_ИСТ — истинная скорость охлаждения при данной температу­ре, V = ^_тах — средняя скорость охлаждения

2) превращение аустенита в перлит, происходящее при
медленном охлаждении из V-области:

Реу (С) -> Реа (С) + Ре₃С или А -> П;

3) превращение аустенита в мартенсит, происходящее при
быстром охлаждении из V-области:

Реу (С) -> Реа (С) или А -> М;

4) превращение мартенсита при нагреве (отпуске):

Реа (С) -> Реа + Ре₃С или М -> П.

Описание структурных превращений, происходящих в ста­ли при термической обработке, является одновременно и тео­рией термической обработки.

Превращение перлита в аустенит — необходимый этап для многих видов термической обработки.

10 12 14 16 18 20 22

Рис. 9. Диаграмма изотермического превращения перлита (П) в аустенит

Сталь с содержанием (А) углерода 0,8%.

Превращение перлита в аустенит реализуется при нагреве выше значения Ас_х, причем с повышением температуры оно непрерывно ускоряется. При непрерывном нагреве с различ­ной скоростью лучи V₁ и у₂ превращения начинаются в точке а' {а") и заканчиваются в точке Ь' {Ь"), которая тем выше, чем больше скорость нагрева. В связи с этим чем быстрее нагрев, тем выше должна быть температура нагрева стали, для то­го чтобы вызвать полное превращение перлита в аустенит, включая полное растворение карбидов и гомогенизацию аус-тенита.

В интервале между точками а'Ь' {а"Ь") превращение идет с разной скоростью, но приблизительно в середине интерва­ла превращение идет с сильным поглощением теплоты на­столько бурно, что на кривой нагрева образуется площадка. Это обычно и есть экспериментально определяемая темпера­тура превращения Ас_х.

При исходной перлитной структуре образование аустени-та идет из многих центров, и тотчас после окончания превра­щения перлита в аустенит образуется мелкозернистый аус­тенит.

Дальнейший нагрев ведет к росту зерна аустенита, осу­ществляемого по одному из следующих механизмов: путем слияния мелких зерен в крупные, путем миграции границ зе­рен. Процесс слияния происходит при более низкой темпе­ратуре (от +900 до +1000 °С), чем миграция (> +1100 °С), но приводит к образованию отдельных более крупных зерен, т. е. к разнозернистости.

При термической обработке механические свойства стали могут изменяться в очень широких пределах. Так, например, твердость стали, содержащей 0,8% углерода, после такой об­работки возрастает до 160—600 МВ.