Тепловая обработка металлов. Особенности роста кристаллов при фазовых превращениях в твердом состоянии
- Главная
- Химия
- Тепловая обработка металлов. Особенности роста кристаллов при фазовых превращениях в твердом состоянии
Содержание
- 2. Влияние температуры на скорость превращения Как нуклеация, так и рост зависят от температуры. Нуклеация идет быстрее
- 3. Построение диаграмм изотермического превращения (ДИП). По этим данным строится другая кривая, в координатах время (в логарифмическом
- 4. Диаграммы перлитного и бейнитного изотермических превращений для эвтектоидной стали Время (с) С-образные кривые представляют время начала
- 5. 5 типов структур при перлитном и бейнитном превращениях 1. Выше носа образуется перлит. По мере понижения
- 6. Термообработка до- и за-эвтектоидных сталей - температура, при которой при охлаждении начинает образовываться -феррит - температура,
- 7. ДИП для до- и за-эвтектоидной стали Время (с) НОС перлит грубый (верхний) бейнит тонкий (нижний) бейнит
- 8. Для до- и за- эвтектоидных сталей существует много видов термообработки. Мы рассмотрим только 4 вида простой
- 9. начало образования цементита Для до-эвтектоидной стали: Отпуск - это низкотемпературный нагрев для устранения результатов холодной обработки,
- 10. Мартенситное превращение Мартенсит – метастабильная фаза, образующаяся в стали и ряде других металлов путем бездиффузионного сдвигового
- 11. Свойства мартенсита: он очень твердый и хрупкий. ОЦТ решетка не имеет плотноупакованных граней скольжения, по которым
- 12. Отпуск стального мартенсита Отпуск мартенсита - это низкотемпературная обработка, используемая для управления прочностью и пластичностью сплава
- 13. Мартенсит имеет более низкую плотность, чем аустенит. Образование мартенсита приводит к большому объемному расширению. Оставшийся аустенит
- 14. Микрофотографии (а) перлита, (b) бейнита и (с) отпущенного мартенсита (увеличение 7500). (From The Making, Shaping, and
- 16. Скачать презентацию
Влияние температуры на скорость превращения
Как нуклеация, так и рост зависят от
Влияние температуры на скорость превращения
Как нуклеация, так и рост зависят от
Нуклеация идет быстрее при переохлаждении; ее скорость увеличивается с понижением температуры. Наоборот, скорость роста возрастает с температурой: она определяется
соотношением Аррениуса:
Общая скорость – это произведение скоростей нуклеации и роста (красная кривая). Видно, что существует некоторая промежуточная температура, при которой превращение происходит при наибольшей скорости (т.е. за наименьший промежуток времени)
Q –энергия активации реакции
A -константа
Соотношение Аврами
время
- время инкубационного периода, требующегося для того, чтобы нуклеация началась
- здесь время 50% превращения.
Доля f транформировавшегося в-ва в зависимости от времени определяется соотношением Аврами:
1/ - скорость превращения
c, n – константы
Построение диаграмм изотермического превращения (ДИП).
По этим данным строится другая кривая,
Построение диаграмм изотермического превращения (ДИП).
По этим данным строится другая кривая,
При тепловой обработке нужно знать, через какой промежуток времени при выдержке при данной температуре образуется то или иное соединение. Для этого по экспериментальным данным строят так называемые диаграммы изотермического превращения (ДИП).
Пусть исследуется распад аустенита при эвтектоидном составе (так называемое перлитное превращение). После измерения зависимости времени начала и конца превращения (точки (а) соответствуют примерно 1% перлита и (b) - 100% перлита при различных температурах
получается рад кривых, похожих на те, что изображены на рисунке.
Диаграммы перлитного и бейнитного изотермических превращений для эвтектоидной стали
Время (с)
С-образные кривые
Диаграммы перлитного и бейнитного изотермических превращений для эвтектоидной стали
Время (с)
С-образные кривые
НОС
твердость по Роквеллу (шкала С)
перлит
крупнозенистый (верх.) бейнит
мелкозернистый (ниж.) бейнит
мартенсит
Min. время превращения
Минимальное время превращения или максимальная скорость для эвтектоидной стали достигаются при 550°C (НОС)
Образуются 2 типа микро- структур: перлит (P, образуется выше 550° ) и бейнит (B, образуется при более низких температурах)
Перлитное превращение.
При высоких температурах диффузия как атомов углерода, так и железа достаточно сильна, и образуется пластинчатый перлит.
РОСТ БЕЙНИТА. При температурах ниже 550° диффузия атомов железа уже отсутствует, а диффузия атомов углерода еще достаточно сильна. Вместо перлита формируется другая структура (перисто-игольчатая)- бейнита.
Бейнитное (промежуточное) превращение.
5 типов структур при перлитном и бейнитном превращениях
1. Выше носа
5 типов структур при перлитном и бейнитном превращениях
1. Выше носа
изотермический отпуск (бейнит)
время
от 400 до 550 – верхний (перистый) бейнит
от 270 до 400 – нижний (игольчатый) бейнит
2. При температуре ниже “носа” С-образной кривой вместо перлита образуется бейнит.
(выше 650 –собственно перлит,
от 590 до 640- сорбит,
от 550 до 580 – троостит).
Термообработка до- и за-эвтектоидных сталей
- температура, при которой при охлаждении начинает
Термообработка до- и за-эвтектоидных сталей
- температура, при которой при охлаждении начинает
- температура, при которой начинает образовываться цементит.
При описании процессов термообработки используются специальные обозначения:
- эвтектоидная температура.
Выбор вида тепловой обработки основывается на соответствующих ДИП.
В ДИП для до- и за-эвтектоидных сталей появляется еще одна область, соответствующая зарождению первичного феррита или цементита. Она называется «крылом».
ДИП для до- и за-эвтектоидной стали
Время (с)
НОС
перлит
грубый (верхний) бейнит
тонкий (нижний)
ДИП для до- и за-эвтектоидной стали
Время (с)
НОС
перлит
грубый (верхний) бейнит
тонкий (нижний)
мартенсит
Время (с)
НОС
перлит
грубый (верхний) бейнит
тонкий (нижний)
бейнит
мартенсит
0.5%C (до-эвтектоидная сталь)
1.1%C (за-эвтектоидная сталь)
“Крыло” ( сиреневое) появляется, начиная с “носа”, и асимптотически стремится к
(для до-эвтектоидной стали) и к (для за-эвтектоидной стали). Эта кривая представляет собой время начала превращения для феррита или цементита . В интервале температур от до “носа” зарождается первичный феррит (или цементит) и растет до тех пор, пока не достигнет равновесного содержания. Остаток аустенита затем превращается в перлит. Ниже “носа” образуется только бейнит.
Для до- и за- эвтектоидных сталей существует много видов термообработки.
Мы
Для до- и за- эвтектоидных сталей существует много видов термообработки.
Мы
1. Низкотемпературный отжиг (отпуск);
2.Высокотемпературный отжиг;
3.Нормализацию;
4.Сфероидизирующий отжиг.
начало образования цементита
Для до-эвтектоидной стали:
Отпуск - это низкотемпературный нагрев для
начало образования цементита
Для до-эвтектоидной стали:
Отпуск - это низкотемпературный нагрев для
).
2. При отжиге сталь сначала нагревается на выше , чтобы образовался однородный аустенит. Этот шаг называется аустенизацией. Затем сталь очень медленно охлаждается в печи, образуя грубозеренный перлит.
3. При нормализации сталь нагревается на выше для аустенизации и затем охлаждается в воздухе более быстро, чем при отжиге, образуя тонкий перлит.
Для за-эвтектоидной стали:
2.Аустенизацию проводят при т-ре на выше , производя аустенит и цементит. Это предотвращает образование хрупкой пленки цементита на границах зерен, которая образуется при медленном охлаждении -аустенита. И для до-, и для за-эвтектоидной стали медленное охлаждение в печи дает низкую прочность и высокую пластичность.
4. Сфероидизация используется для высокоуглеродистых сталей, которые плохо поддаются машинной обработке. Она заключается в выдержке в течение нескольких часов на 30° ниже (кривая 4). При этом цементит вырастает в виде больших сферических зерен в матрице мягкого феррита.
Мартенситное превращение
Мартенсит – метастабильная фаза, образующаяся в стали и ряде других
Мартенситное превращение
Мартенсит – метастабильная фаза, образующаяся в стали и ряде других
1. Атомы железа в 2. Возможные положения 3. ОЦТ
ГЦК аустените атомов углерода мартенсит
Решетки аустенита и мартенсита
Свойства мартенсита: он очень твердый и хрупкий. ОЦТ решетка не имеет
Свойства мартенсита: он очень твердый и хрупкий. ОЦТ решетка не имеет
высокоуглеродистая сталь содержит “пластинки”. Ее твердость много выше.
Мартенситное превращение начинается после охлаждения ниже (см. ДИП). Количество мартенсита возрастает по мере понижения температуры. При закаленная сталь содержит 100% мартенсита.
Для получения мартенсита аустенит должен быть закален (т.е. быстро охлажден), для предотвращения образования перлита или бейнита.
Отпуск стального мартенсита
Отпуск мартенсита - это низкотемпературная обработка, используемая для управления
Отпуск стального мартенсита
Отпуск мартенсита - это низкотемпературная обработка, используемая для управления
Различают 2 вида отпуска:
При низких температурах отпуска мартенсит может образовать 2 переходные фазы: низкоуглеродистый мартенсит и неравновесный -карбид железа Тогда сталь получается достаточно прочная, хрупкая и даже более твердая, чем до отпуска.
При высоких температурах отпуска образуются стабильные и , и сталь становится более мягкой и пластичной.
температура отпуска
Разложение мартенсита при высоких температурах отпуска понижает прочность и твердость, но повышает пластичность и ударопрочность
Выбором подходящей температуры отпуска получают стали с широким выбором свойств.
Мартенсит имеет более низкую плотность, чем аустенит. Образование мартенсита приводит
Мартенсит имеет более низкую плотность, чем аустенит. Образование мартенсита приводит
Вследствие изменения объема возникают остаточные напряжения. При закалке поверхностные слои охлаждаются быстрее и раньше превращаются в мартенсит. Когда потом начинается превращение -аустенита в центре, твердая поверхность будет находиться в напряжении. В результате на поверхности возникают трещины.
мартенсит
Сложные виды закалки мартенсита:ступенчатая закалка на мартенсит .
Чтобы избежать образования трещин, необхо-димо охлаждать сталь только до температуры чуть выше и поддерживать ее постоянной до тех пор, пока температура центра и поверх-ности не сравняется. После этого при охлаж-дении до температуры происходит обра-зование мартенсита одновременно по всему объему. При таком охлаждении трещины не обра-зуются. Такой режим называется ступенчатой закалкой на мартенсит.
Микрофотографии (а) перлита, (b) бейнита и (с) отпущенного мартенсита (увеличение 7500).
Микрофотографии (а) перлита, (b) бейнита и (с) отпущенного мартенсита (увеличение 7500).