книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие

стую структуру имеют эвтектические сплавы, т. е. спла­ вы доэвтектического и заэвтектического состава облада­ ют значительной неоднородностью — ликвацией.

Диаграмма состояния сплавов двух компонентов, образующих в твердом состоянии кристаллические

диффузии концентрация сплава выравнивается. Однако диффузия будет происходить тем полнее, чем медлен­ нее охлаждение. Повышение скорости охлаждения из жид­ кого состояния препятствует диффузии и увеличивает лик­ вацию. Чтобы устранить лик­ вацию в сплавах этого типа, охлажденных с большой ско­ ростью, их необходимо нагреть до температуры несколько ни­ же солидуса и выдержать при

этой температуре.

Сплавы Си—Ni обладают жаростойкостью и высоким электрическим сопротивле­

нием.

Диаграмма состояния спла­ вов двух компонентов, образующих в твердом состоянии твердые растворы с ограниченной растворимостью (тре­ тий тип). На рис. 30 приведена диаграмма состояния сплавов двух компонентов Л и В с различными кристал­

60

еталлизуются твердые растворы внедрения атомов ком­

при понижении температуры по линии DF эти кристал­ лы оказываются насыщенными атомами компонента В, которые, выпадая из твердого раствора а, образуют твердые растворы р. Таким образом, из кристаллов твердого раствора а выпадают кристаллы твердого ра­ створа рвт, т. е. происходит кристаллизация из твердо­ го раствора, которая называется вторичной кристалли­ зацией в отличие от кристаллизации из жидкого раст­

действии с углеродом железо образует химическое со­

61

как железо, кроме того что образует с углеродом хи­ мическое соединение Fe3C, имеет две аллотропические формы а и у, то в системе существуют следующие фа­

зовые составляющие.

Жидкость (жидкий раствор углерода в железе), су­

щая собой раствор углерода в a-железе. Обозначается

ется аустенит А.

Сплав с содержанием 4,3% С кристаллизуется в эв- - тектику аустенит + цементит (точка С при 1147°С), ко­ торая называется ледебурит. Следовательно, непосред­

вторичного цементита и перлита и называются заэвтектоидными. В феррите при 727°С растворяется 0,025% С, а три 20°С — 0,006 % С, поэтому при охлаждении-фер­ рита ниже 727°С он насыщен углеродом и по линии PQ из него выпадает цементит третичный F3Cni и, следо­ вательно, стали с содержанием ^0,025% имеют структуру феррит + F e 3Cm.

На рис. 32,а, б представлены микроструктуры доэвтектоидной, эвтектоидной (рис. 32,б) и заэвтектоидной (рис. 32,г) сталей. Феррит — наименее твердая и наиболее пластичная структура в этих сплавах с твер­ достью Н В ~ 8 0. Перлит состоит из чередующихся лла-

63

структуру первичного цементита и ледебурита и назы­ ваются заэвтектическими (рис. 32,ж) (см. стр. 103).

Эти чугуны называются белыми, так как из-за боль­ шого количества цементита в структуре они имеют характер1ный блестящий излом в отличие от серых чугунов, имеющих серо-матовый излом из-за наличия в их струк­ туре графита.

§ 21. Превращение аустенита при охлаждении

греве Ас3), а на линии PSK (727°С) — нижние критиче­ ские точки, обозначаемые Аг\ при нагреве Лсь Происхо­

при скорости охлаждения до 150°С в одну секунду кри­ тическая точка А'г снижается с 727 до 500°С, при этом аустенит распадается на механическую смесь феррита и цементита, и чем ниже температура распада аустени­ та, тем более дисперсны будут пластинки цементита и феррита. При А'г выше 600°С аустенит распадается на

чем в сорбите, а в сорбите крупнее, чем в троостите. При скоростях охлаждения >200°С в одну секунду

Аг понижается до 240°С (А"г), при этом происходит лишь аллотропическое превращение, заключающееся в перегруппировке атомов из решетки у в слегка вытяну­ тую решетку а. Атомы углерода остаются в решетке а, образуя пересыщенный твердый раствор углерода в и- железе — мартенсит. При скоростях охлаждения от 150 (oi) до 200°С/с (v2) наблюдаются две критические точ­ ки: при ~500°С часть аустенита распадается на троос­ тит при ~240°С нераспавшаяся часть аустенита превра-

66

Скорость охлаждения, °C/l

Рис. 33. Влияние скорости охлаждения на снижение крити­ ческих точек превращения аустенита эвтсктондной стали

Рис. 34. Диаграмма изотермического превращения аус­ тенита эвтектоидной стали

щается в мартенсит и сталь получает троостито-мартен- ситную структуру. При 'Скоростях охлаждения, превы­ шающих v 2t наряду с мартенситом в структуре стали бу-

дет некоторое количество нераспавшегося (остаточного) аустенита.

Изотермические превращения аустенита. Если пере­ охладить аустенит до какой-либо температуры и выдер­ жать его при этой температуре в печи или ванне с жид­ ким расплавом, то некоторое время (от долей секунды до нескольких часов) аустенит не претерпевает никаких превращений (инкубационный период), затем он начи­ нает и через некоторое время кончает .превращение в структуру, соответствующую степени его переохлажде­ ния. Дальнейшая выдержка не вызывает никаких изме­ нений в структуре. Такие превращений аустенита назы­ ваются изотермическими. Нанеся на диаграмме (рис. 34)

Мк (—50°С) — концу. Наименьшая скорость охлаждения, при которой получается мартенситная (с остаточным аустенитом) структура, называется критической и„р. Ско­ рость охлаждения икр на рис. 34 соответствует и2 на рис. 33; С-образные кривые изотермических превраще­ ний в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях будут сдвинуты влево и цКр больше, чем в эвтектоидной стали; Мн в доэвтектоидной стали выше, а в заэвтектоидной стали ниже, чем в эвтектоидной. На практике ц[(р — ми­ нимальная скорость охлаждения при закалке.

Структуры мартенсит, троостит, сорбит— структуры неустойчивые метастабильные, имеющие повышенную твердость, прочность н пониженную вязкость, пластич^ ность:

68

бит, до 650—700°С — в перлит. При этом цементит в пер­ литной группе структур получает не пластинчатую, а бо­ лее или менее округлую (зернистую) форму. Нагрев закаленной стали до температуры ниже Ас\ с целью по­ нижения твердости и прочности и повышения вязкости и пластичности до требуемых пределов, уменьшения или снятия напряжений, полученных при закалке, и получе­ ния более стабильной структуры называется отпуском.

Мартенсит —структура закаленной стали, имеет игольчатое строение. При закалке вследствие недоста­ точной теплопроводности стали с наружной стороны де­ тали и в центре будут различные скорости охлаждения и, следовательно, различные структуры. Поверхностные слои могут иметь мартенситную структуру, а сердцеви­ на—сорбит и даже перлит. Способность стали образо­ вывать на определенной глубине мартенситную струк­ туру называется прокаливаемостыо. Прокаливаемость зависит от окр (рис. 34) и содержания легирующих эле­ ментов. Чем более С-образпые кривые сдвинуты вправо, тем прокаливаемость стали больше. Прокаливаемость имеет исключительно важное значение как для деталей, так и для инструментов. Метастабильные структуры приведены на рис. 35 (см. с. 108, 109).

§ 22. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали

Легирующими называются элементы, специально вводи­ мые в сталь для изменения ее свойств. Элементы Si, Мп, Cr, Ni, W, Mo, V, Со, Ti, В, А1 и др. оказывают следую­ щее влияние:

1. Все легирующие элементы растворяются в феррите и повышают его твердость и прочность. Так при содержа­ нии марганца 4% повышается твердость феррита НВ с 80 до 230. Повышение прочности феррита влечет за собой повышение прочности перлита, сорбита и т.роостита и при некоторых соотношениях легирующих элементов одновре­ менно повышаются вязкость и пластичность этих струк­ тур.

2. Растворяясь в у-железе, почти все легирующие эле­ менты сдвигают С-обраэные кривые изотермических пре­ вращений аустенита вправо, способствуя повышению прокаливаемое™ стали,

70