Логотип
Рекламный баннер
» »
Реклама
Рекламный баннер
Календарь
Реклама
Рекламный баннер

Тепловое расширение металла

Опубликовано: 29.09.2017

видео Тепловое расширение металла

Почему при замерзании вода расширяется

Для большинства видов термической обработки исходную перлитную структуру сталей нагревают до превращения в аустенитное состояние. Такое превращение происходит при нагреве за счет полиморфного превращения железа Feα→Feγ и диффузионных процессов, т. е. повышения растворимости углерода цементита в аустените. Первоначальные зародыши аустенита чаще образуются на границе раздела феррита и цементита. На рис. 2.3 приведена схема, иллюстрирующая превращение феррито-цементитной структуры в аустенит.



Исходная структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критической точки Ac1 состоит из перлита и феррита. В точке Ac1, соответствующей линии PS (см. рис. 1.24) начинается полиморфное превращение железа, т. е. происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве стали от точки Ac1 до Ac3 (линия GS диаграммы состояния Fe – Fe3C) углерод цементита растворяется в аустените и при достижении Ас3 превращение заканчивается. Выше точки Ас3 структура стали состоит только из аустенита.


ЭКСПЕРИМЕНТ: ЖИДКИЙ АЗОТ VS ЗАМОК

­Рис. 2.3. диаграмма изотермического превращения перлита в аустенит эвтектоидной стали:– точки начала превращений со скоростями VI и V2; b и bIbII – точка конца превращений со скоростями VI и V2 (VI > V2)

 

При нагреве заэвтектоидной стали выше температуры Ac1 в аустените начинает растворяться избыточный цементит. Выше точки Аст (линия SE) структура состоит только из аустенита. Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где был цементит, аустенит богаче углеродом, а где феррит — беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше верх­ней критической точки Ас3 и выдерживают при этой температуре.

При повышении температуры выше Ас3 мелкие зерна аустени­та начинают соединяться между собой и их размеры увеличива­ются. Величину зерен определяют сравнением микроструктуры стали при увеличении в 100 раз со стандартной шкалой, в которой зерна в зависимости от размера, имеют номера от 1 до 10 (рис. 2.4). От № 1 до № 4 зерна считаются крупными, а с № 5 — мелкими. Если размер зерна исследуемого образца выходит за пределы номеров зерен 1 — 10, то пользуются другими увеличениями.

2/3. Превращения в стали при охлаждении. Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727 °С (точка Ar1). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, ниже точки Ar1 начинается его превращение.

Из диграммы состояния железоуглеродистых сплавов изве­стно, что при медленном охлаждении эвтектоидной углеродистой стали (0,8 % С) при температуре, соответствующей линии PSK, происходит превращение аустенита в перлит. В этом случае кристаллическая решетка Feγ перестраивается в Feα и выделяется цементит. Изучение процесса превращения аустенита в перлит проводится при постоянной температуре (в изотермических условиях) и при непрерывном охлаждении. Превращение аустенита при постоянной температуре изображается в виде диаграммы изотермического превращения (рис. 2.5).

По вертикальной оси диаграммы откладывается температура, а по горизонтальной — время. Для удобства построения обычно время откладывают по логарифмической шкале, так как время распада может колебаться в широких пределах — от долей секунды до десятков минут и даже часов. Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита, т. е. выше критической точки, а затем быстро охлаждают, например, до 700, 600, 500, 400, 300 °С и т. д. и выдерживают при этих температурах до полного распада аустенита. Изотермическое превращение аустенита эвтектоидной стали происходит в интервале температур Ar1 (727 °С) до Мн (250 °С), где Mн — температура начала мартенситного превращения.

Рис. 2.5. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода

 

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области или ступени превращения (см. рис. 2.5): перлитную, область промежуточного превращения (промежуточного между перлитным и мартенситным превращением) и мартенситную. Перлитная область в углеродистых сталях распространяется на интервал температур от 727 °С до изгиба изотермической диаграммы (~550 °С). При этих температурах происходит диффузионный распад аустенита с образованием структуры из феррита и цементита – перлита.

Промежуточное превращение протекает при температурах от изгиба кривой (~550 °С) до точки Мн. Это превращение обладает рядом особенностей, присущих как перлитному (диффузионному), так и мартенситному (бездиффузионному) превращению. В результате превращения переохлажденного аустенита образуется структура, получившая название бейнита.

При 700° С превращение аустенита начинается в точке а и заканчивается в точке b. При этом образуется перлит (рис. 2.6, а). При 650° С превращение аустенита происходит от a1 до b1. При этом образуется сорбит — тонкая (дисперсная) механическая смесь феррита и цементита (рис. 2.6, б).

Среднеуглеродистая сталь, в которой преобладает структура сорбита, имеет твер­дость 30…40 HRC и обладает высокой прочностью и пластичностью.

Устойчивость аустенита сильно зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550° С. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита при температурах 550—560 °С составляет около 1 с. По мере удаления от температуры 550 °С устойчивость аустенита возрастает. Время устойчивости при 700 °С составляет 10 с, а при 300 °С — около 1 мин

Рис. 2.6. Продукты распада аустенита: а –перлит; б – сорбит; в – тростит; г- мартенсит; д – бейнит нижний; бейнит верхний

 

При охлаждении стали до 550 °С (точки начала и конца распада a2 и b2) аустенит превращается в троостит — смесь феррита и цементита (рис. 2.6, в), которая отличается от перлита и сорбита высокой степенью дисперсности составляющих и обладает повышенной твердостью 40—45 HRC, прочностью и умеренной вязкостью и пластичностью.

Ниже температуры 550° С происходит образование структуры бейнита.

Бейнит — структура стали, состоящая из смеси пересыщенного углеродом феррита и карбидов (цементита).

Различают верхний бейнит, образующийся при 500—350 °С (перистого строения) (рис. 2.6, д), и нижний бейнит, образующийся при 350—250 °С (пластинчатого, игольчатого строения) (рис. 2.6, е). Верхний бейнит углеродистой стали имеет пониженную прочность и невысокие пластичность и вязкость, твердость 43—46 HRC. Нижний бейнит имеет более высокую проч­ность, пластичность и вязкость, твердость 52—55 HRC.

Если на диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести кривые охлаждения V1, V2, V3, V4,V5, V6,Vкр, V7,то можно проследить превращение аустенита при непрерывном охлаждении (рис. 2.7).

счетчик счетчик
rss