Стабильное и метастабильное равновесие в системе Fe-C.
Стабильное и метастабильное равновесие в системе Fe-C.
Почему при обычных скоростях охлаждения расплавов Fe-C с малым содержанием углерода вместо графита появляется цементит?
• Концентрационная (%СЦ << %CГ, 6,67<<100, ð диффузионный путь меньше при образовании зародыша цементита);
• Структурная (большее сходство решеток А и Ц, чем А и Г, в Ц есть кристаллографические плоскости со сходным расположением атомов, ð удельная поверхностная энергия межфазных границ меньше ð меньше работа образования критического зародыша Ц) – проявляется при образовании Ц из А;
• Деформационная, или объёмный фактор (различие удельных объемов А и Ц меньше, чем А и Г, ð меньше работа образования критического зародыша Ц) – проявляется при образовании Ц из А.
Почему при 1000 оС содержание углерода в аустените при его равновесии с графитом меньше, чем при равновесии с цементитом?
по правилу рычага 1.4/6,67 и 1,3/100
Эвтектоидное превращение в сплавах Fe-C.
Почему феррит и цементит в перлите имеют пластинчатую форму?
Однородный аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит.Нагрев до высокой температуры, когда создаются условия для образования более однородной структуры, способствует появлению пластинчатых структур. Перлит – продукт эвтектоидного превращения высокотемпературной фазы –аустенита при термической обработке сплавов. Аустенит при охлаждении при температуре 723° С распадается на феррит и цементит. Перлитное превращение всегда начинается на границах зерен аустенита. Чтобы возникли частицы новой фазы, нужно создать зоны пониженной и повышенной концентрации углерода. Исходный аустенит содержит 0,8% углерода, а в результате превращения образуется феррит, практически не содержащий углерода, и цементит с 6,67% углерода. Для объяснения этих процессов предложен флуктуационный механизм, согласно которому атомы углерода с большой диффузионной подвижностью при высоких температурах, могут создавать зоны с повышенной концентрацией углерода. Этот процесс является энергетически выгодным, и зародыш цементита вырастает до критического размера.
Чем сорбит отличается от троостита?
дисперсностью частиц
Дисперсность перлита, который возникает при этом превращении,зависит от скорости охлаждения vохл. При vохл около 5 °С/мин в области температур выше 650 °С образуется грубопластинчатый эвтектоид с межпластиночным расстоянием ~ 1 мкм – перлит (П). При vохл около 50 °С/мин* образовавшийся эвтектоид имеет более тонкое строение (межпластиночное расстояние 0,2…0,4 мкм), и его называют сорбитом (С). Распад аустенита A при охлаждении стали со скоростью примерно 50 °С/с дает эвтектоид, строение которого неразличимо под световым микроскопом (межпластиночное расстояние 0,1 мкм). Строение такого эвтектоида – его называют трооститом
Нарисовать график зависимости массовой доли перлита как структурной составляющей от содержания углерода для сплавов Fe-Fe3C.
В углеродистой стали толщина пластины цементита внутри эвтектоида равна 0,15 мкм. Как называется эвтектоид – перлитом, сорбитом или трооститом?
Толщины пластинок в перлите находятся в постоянном соотношении – около Ф:Ц = 7,3:1. Соответственно толщина пластинок феррита в перлите Δ=7,3*0,15=1,095мкм. Это значение соответствует перлиту.
Серые чугуны.
Как рассчитать массовую долю феррита в сером чугуне на перлитной основе, содержащем 3 % С ?
Нарисуйте кривую охлаждения серого чугуна на феррито-перлитной основе.
Ковкие чугуны.
В чем отличие термообработки для получения ковкого чугуна с ферритной основой от обработки для получения ковкого чугуна с перлитной основой?
Ковкие чугуны получаются отжигом доэвтектического белого чугуна. Отжиг проводят при температурах 950…1000 °С. При отжиге происходит разложение метастабильного цементита, а, следовательно, вместо него зарождается и растет графит, а цементит растворяется. После полного растворения цементита проводят охлаждение, в ходе которого может образоваться перлитная, феррито-перлитная или ферритная основа. Металлическая основа определяется в основном скоростью охлаждения.
Высокопрочные чугуны.
Нарисуйте микроструктуру высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе.
Микроструктура
высокопрочного чугуна с ферритно-перлитной металлической основой
47. Мартенситное превращение в углеродистых сталях.
Почему в углеродистых сталях мартенсит имеет повышенную плотность дислокаций?
Структурная составляющая кристаллическихтвердых тел, возникающая в результате сдвигового бездиффузионного полиморфного превращения приохлаждении. В результате деформации кристаллической решетки при этом превращении (т.н.кооперативного сдвига) на поверхности металла появляется рельеф; в объеме же возникают внутренниенапряжения и идет пластическая деформация, которые и ограничивают рост кристалла мартенсита. Внутренние напряжения снимаются также пластической деформацией,поэтому кристалл мартенсита имеет повышенную плотность дислокаций (до 1012 см-2) или разбивается надвойники толщиной 1-100 нм. Внутризеренные границы и дислокации упрочняют мартенсит.
Какова причина возникновения фазового наклепа при мартенситном превращении в углеродистых сталях?
Мартенсит имеет высокую хрупкость и твердость (до 65 НRCЭ). Высокая твердость мартенсита обусловлена искажениями кристаллической решетки и соответственно большими внутренними напряжениями, определяемыми растворенным углеродом, а также возникновением фазового наклепа вследствие увеличения объема при превращении аустенита в мартенсит, в результате чего плотность дислокации в мартенсите достигает уровня плотности дислокации холоднодеформируемой стали и равняется 1010–1012 см–2.
Влияние содержания углерода на свойства мартенсита.
Кристаллы в зависимости от состава сплава, а следовательно в зависимости от температуры своего образования, могут иметь различную морфологию и субструктуру. Различают два вида мартенсита: пластинчатый (игольчатый) и пакетный (реечный) (рис. 8.10).
Пластинчатый мартенсит образуется в высокоуглеродистых сталях, имеющих низкие значения Мн и Мк. В этом случае кристаллы мартенсита в средней зоне содержат большое число микродвойников, образующих зону повышенной травимости, называемой мидрибом (рис. 8.10, а). Сами кристаллы мартенсита в этом случае представляют собой широкие пластины, которые в плоскости шлифа имеют вид игл.
Пакетный (реечный) мартенсит характерен для низко- и среднеуглеродистых, а также конструкционных легированных сталей. В этом случае кристаллы мартенсита имеют форму тонких реек, вытянутых в одном направлении (рис. 8.10, б) и объединенных в пакеты. Тонкая структура пакетного (реечного) мартенсита представляет собой запутанные дислокации высокой плотности (» 1010–1012см2) при полном отсутствии двойников. В легированных сталях внутри мартенситных пакетов между кристаллами мартенсита, как правило, присутствуют прослойки остаточного аустенита (рис. 8.10, б).
Характерной чертой мартенсита является его высокая твердость и прочность, значения которых возрастают с увеличением содержания углерода в мартенсите. Временное сопротивление низкоуглеродистого мартенсита (0,025 % С) составляет 1000 МПа, а мартенсит с содержанием 0,6–0,7 % С имеет временное сопротивление 2 600–2 700 МПа. Однако с повышением в мартенсите содержания углерода возрастает и его склонность к хрупкому разрушению. Мартенсит, содержащий более 0,35–0,4 % С, имеет низкое сопротивление зарождению и распространению трещины, а также низкие значения вязкости разрушения KIс.
Почему температура начала мартенситного превращения падает с повышением содержания углерода в сталях? Зависимость температур начала (Мн) и конца (Мк) мартенситного
превращения от содержания углерода в системе Fe — С . 
Содержание углерода в стали и в аустените не всегда одинаковое, так как углерод входит в состав карбидов. Карбиды, сосуществующие с аустенитом, сами по себе не влияют на точку Мн. При повышении температуры закалки, когда карбиды растворяются в аустените и концентрация углерода в нем возрастает, точка Мнснижается.
Изменение состава влияет на температуру начала мартенситного превращения, так как меняется температура Т0, а также степень переохлаждения Т0 — Мн.
48. Бейнитное превращение в сталях.
Какова причина формирования неоднородного распределения углерода в аустените на начальной стадии бейнитного превращения?
из-за дифузии атомов углерода
В чем отличие структуры верхнего бейнита от нижнего?
Бейнит ,образующийся в стали с содержанием 0.8% С в области температур примерно от 550 до 350 градусов С, называется верхним бейнитом,а бейнит образующийся в области температур от 350 до 240 градусов- нижним бейнитом, но эти границы весьма условны.Верхний бейнит имеет вид перистой структуры при HRC 45.Микроструктура нижнего имеет характерное игольчатое строение .HRC 55.
Как получить в стали бейнит?
чтобы получить бейнит нам нужно охлаждать от 550 градусов до 230 так, чтобы не началось перлитное превращение и Мартенситное
Бейнитное превращение переохлажденного аустенита происходит в температурном интервале , расположенном ниже перлитного, но выше мартенситного интервала, поэтому его часто называют промежуточным.Протекает в интервале температур, когда рпактически отсутствует диффузия железа, но интенсивно протекает диффузия углерода.
49. Термическая обработка стали. Гомогенизирующий, рекристаллизационный и сфероидизирующий отжиг. Нормализация.
Гомоген. Диффузионный отжиг состоит в нагреве до температур, значительно превосходящих критические точки, и продолжительной выдержке; используется для литого материала, обеспечивает получение равновесной структуры. Диффузионный отжиг приводит к достижению более однородных свойств по объёму изделия и особенно улучшению механических свойств в поперечном (по отношению к прокатке) направлении. В необходимых случаях для предотвращения обезуглероживания стали производят отжиг в защитных атмосферах. При диффузионном отжиге идут следующие процессы:
1. выравнивание химического состава до равновесного;
2. растворение избыточных фаз;
3. выделение фаз из пересыщенного твердого раствора — особый случай — гетерогенизация во время гомогенизации, наблюдается в алюминиевых сплавах, содержащих хром, цирконий и скандий;
4. рост зерна;
5. образование и рост пор.
рекрист.
Рекристаллизационный отжиг — нагрев до температуры на 100—200 °C выше температуры рекристаллизации, выдержка и последующее охлаждение. Вследствие процесса рекристаллизации происходит снятие наклепа, и свойства металла соответствуют равновесному состоянию.
Такое название отжиг получил, потому что целью его является превращение пластинчатого перлита в зернистый — сфероидизированный. Это улучшает обрабатываемость резанием инструментальных сталей.
В результате сравнительно быстрого охлаждения таких сталей после прокатки они приобретают структуру пластинчатого перлита или сорбита. В пластинчатом перлите цементит имеет форму тонких пластинок, расположенных в виде слоев в поле феррита. Сталь с такой структурой имеет повышенную твердость, что затрудняет ее обработку режущим инструментом. Если же цементит располагается в феррите в виде мелких округлых зернышек, то твердость стали снижается, и обработка ее режущим инструментом значительно облегчается. Перлит, в котором цементит имеет форму мелких зернышек, называется зернистым
После какой термической обработки доэвтектоидной стали избыточный феррит имеет игольчатую форму? Опишите обработку. Дайте название микроструктуры.
После какой обработки цементит в стали имеет округлую форму?
сфероид.
50. Закалка стали, полная и неполная, влияние на свойства. Обработка холодом.
Нарисуйте график зависимости содержания углерода в мартенсите от температуры закалки для стали 50.
Почему для упрочнения доэвтектоидных сталей не используют неполную закалку?
доэвтектоидной стали
после неполной закалки. Структурные составляющие – феррит (более крупные зерна) и мартенсит – имеют резко различающееся сопротивление пластической деформации, что отрицательно сказывается на прочности стали. Такую обработку для доэвтектоидных сталей не применяют.
Углеродистую эвтектоидную сталь охлаждали от температуры 750 оС до комнатной температуры со скоростью а) ниже нижней критической и б) выше верхней критической. Каков химический состав фаз в каждом из этих двух случаев?
Перлит в 11 случае
мартенсит и аустенит во втором
51. Отпуск стали. Фазовые и структурные превращения при отпуске углеродистой стали.
Чем сорбит отпуска отличается от сорбита?
Структуры, образующиеся при отпуске на 450…650 °С, называют трооститом отпуска и сорбитом отпуска. Они состоят из тех же фаз, что и эвтектоид (феррита и цементит), имеют примерно такую же
твердость, как троостит и сорбит закалки соответственно. Однако форма выделений цементита в троостите отпуска и особенно в сорбите отпуска иная – не пластинчатая, а округлая. Благодаря этому сталь со структурой троостита отпуска и особенно сорбита отпуска обладает повышенной пластичностью и вязкостью.
Каковы различия микроструктуры стали после среднего и высокого отпуска?
X. Легированные стали. Основные легирующие элементы, микроструктура, классификация легированных сталей и термическая обработка.
Алюминиевые сплавы.
Как по химическому составу различаются деформируемые и литейные сплавы алюминия?
Почему химический состав литейных сплавов чаще всего близок к эвтектическому?
В чем отличие превращений, протекающих в дюралюминии при естественном и искусственном старении?
Что такое зоны Гинье-Престона?
Причины появления метастабильных фаз при старении дюралюминия.
60. Жаропрочные сплавы на основе никеля.
Почему стареющие жаропрочные никелевые сплавы устойчивы к коалесценции?
Для чего в нимоники вводят хром, алюминий, титан?
Почему упорядоченная структура выделяющейся при старении γ’-фазы в нимониках затрудняет скольжение дислокаций?
XII. Керамика и композиционные материалы.
Какие химические связи между атомами существуют в керамических материалах?
Почему керамические изделия, как правило, не получают из расплава традиционными металлургическими методами?
Опишите технологию получения керамики методом порошковой металлургии.
Почему в микроструктуре керамики, как правило, наблюдаются поры?
Что такое спекание? Какие изменения микроструктуры протекают при спекании?
В чём отличие твёрдофазного спекания от жидкофазного?
Как классифицируют композиционные материалы?
Какие схемы армирования используют для волокнистых композиционных материалов?
В чём состоит возможное различие требований к матрице и армирующим элементам композита?
Стабильное и метастабильное равновесие в системе Fe-C.
Почему при обычных скоростях охлаждения расплавов Fe-C с малым содержанием углерода вместо графита появляется цементит?
• Концентрационная (%СЦ << %CГ, 6,67<<100, ð диффузионный путь меньше при образовании зародыша цементита);
• Структурная (большее сходство решеток А и Ц, чем А и Г, в Ц есть кристаллографические плоскости со сходным расположением атомов, ð удельная поверхностная энергия межфазных границ меньше ð меньше работа образования критического зародыша Ц) – проявляется при образовании Ц из А;
• Деформационная, или объёмный фактор (различие удельных объемов А и Ц меньше, чем А и Г, ð меньше работа образования критического зародыша Ц) – проявляется при образовании Ц из А.
Почему при 1000 оС содержание углерода в аустените при его равновесии с графитом меньше, чем при равновесии с цементитом?
по правилу рычага 1.4/6,67 и 1,3/100