Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 [ 30 ] 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65


Рис. 5.15. Микроструктура мартенсита стали 45 после закалки от оптимальной температуры 850 °С, X 500

характеристика, позволяющая предсказывать вид фазового превращения и возможную структуру стали в зависимости от скорости ее охлаждения.

Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей Dp. будет образовываться мартенсит - неравновесная фаза-пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe, (рис. 5.15). Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали ( 5(ХЮ м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартен-ста (рис. 5.16).

Структура так названа в честь немецко! о ученого А. Мартенса (1850-1914 гг.).


Акад. Г. В. Курдюмов дал классическое определение мартенситному превращению: «Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные». При этом перестройка решетки происходит по тем кристачлографиче-ским плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т. е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия (рис. 5.17). Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.

В процессе мартенситного у-+ а-превращения углерод остается


Рис. 5.16. Схема образования мартенситных пластин в одном аустенитном зерне

Рис. 5.17. Совмещение кристаллографических плоскостей (111) FCy (ПО) Ре: /-атом в плоскости (111) Fe.,; 2 - атом в илое-косги (110) Fe




Рцс. 5.18. Тетрагональная ячейка пространственной решетки мартенсита

в твердом растворе, искажая кристаллическую решетку Fe„, так как растворимость его в Fe„ значительно меньше, чем в Fe,. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку (рис. 5.18). На рисунке крестиками показаны возможные места расположения атома углерода. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита сталей зависят от количества растворенного в нем углерода. На рис. 5.19 показано влияние углерода на твердость мартенсита. По аналогичной кривой изменяется и временное сопротивление сталей. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую HRC 60, при содержании углерода, большем 0,4%. С увеличением содержания углерода возрастает хрупкость мартенсита. Мартенситное превращение в сталях сопровождается заметным увеличением объема (рис. 5.19,6). Весьма сильно из-


0 0,г 0,4 0.6 0,8 QS Ц7 QSC.%

Рис. 5.19. Изменение твердости (я) и удельного объема (б) мартенсита сталей с различным содержанием углерода

меняются и другие физические свойства стали.

Небольшое количество остаточного аустенита (1-3%) после мартенситного превращения сохраняется в сталях, температура которых выше 20-25 °С. Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.

На температуры М„ и М, помимо содержания углерода, существенно влияют растворенные в аустените легирующие элементы. Подавляющее большинство легирующих элементов понижают температуры М„ и М, поэтому в закаленных легированных сталях даже при небольшом содержании углерода после охлаждения до температуры 20-25 °С может сохраниться значительное количество остаточного аустенита.

Промежуточное (бейншпное) превращение аустенита. В интервале температур промежуточного превращения аустенит распадается с образованием структур, называемых бейнитом (Б). Бейнит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита. Основная особенность промежуточного превращения состоит в том, что полиморфный переход происходит по мартенситному механизму.

Предполагают, что превращение в данном участке объема начинается с перераспределения углерода, в результате которого одни зоны зерен аустенита обедняются, а другие обогащаются углеродом. С уменьшением количества растворенного углерода повышается температура мартенситного превращения, поэтому мартенситное превращение происходит в первую очередь в обедненных углеродом зонах у-твер-дого раствора. В зонах твердого раствора, обогащенных углеродом, происходит карбидообразование-выделение очень мелких (в виде коротких палочек) кристаллов цементита, по мере обедне-



ния аустенита углеродом развивается мартенситное превращение; у-твердый раствор к моменту полиморфного превращения не полностью освобождается от растворенного углерода, поэтому кристаллы Fe„ имеющие форму очень тонких пластин, несколько пересыщены углеродом.

Бейнит, образовавшийся при температуре 400-550°С, называют верхним; он имеет перистое строение. Бейнит, образовавшийся при более низких температурах, называют нижним; он имеет пластинчатое строение.

Скорость промежуточного превращения обычно изменяется так же, как скорость перлитного превращения (см. рис. 5.9, я). В некоторых легированных сталях кинетика превращения иная (см. рис. 5.9,6): по окончании инкубационного периода распад аустенита начинается с максимальной скоростью, а затем его скорость убывает. Характерно, что промежуточное превращение не доходит до конца, часть аустенита остается непре-вращенной. Степень превращения убывает с повышением температуры. Не-превращенный аустенит при охлаждении либо сохраняется, либо превращается в мартенсит, что зависит от состава стали.

Верхний бейнит имеет неблагоприятное сочетание механических свойств: пониженная прочность из-за сохранения нераспавшегося аустенита сочетается с весьма невысокими пластичностью и вязкостью. Высокой прочностью и одновременно достаточно высокими пластичностью и вязкостью обладает нижний бейнит, а именно бейнит, полученный при температуре на 5О-100°С выше мартенситной точки М„.

5.6. Основные виды термической обработки стали

Горячекатаные полуфабрикаты, поковки, штамповые заготовки и стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализа-

ции подвергают высокотемпературному отпуску.

Отжиг и нормализация могут быть промежуточными видами термической обработки, если детали или инструменты после обработки резанием термически упрочняются, а в некоторых случаях эти виды обработки определяют и эксплуатационные свойства металла, если к специальному термическому упрочнению не прибегают.

Термическое упрочнение состоит из закалки и последующего отпуска.

Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для конструкционных сталей наибольшее применение находит перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных сталей сфероидизирующий отжиг.

Перекристаллизационный отжиг конструкционных сталей. Конструкционные стали чаще всего содержат углерод в количестве до 0,7%, т. е. являются до-эвтектоидными сталями.

Перекристаллизационный отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к понижению пластичности. Кроме того, отливки и горячедеформированная сталь часто приобретают структурные дефекты, ухудшающие свойства.

Характерный структурный дефект стальных отливок -крупнозернистость.

При ускоренном охлаждении крупнозернистого аустенита создаются условия для образования видманштеттовой структуры. При ее образовании вы-

Названа в честь первого исследователя подобной структуры железного метеорита Алоиса фон Видманштетта (1808 г.).

4 Нод ред. Б. Н. Арзамасова



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 [ 30 ] 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65