описать дифузионные превращения аустенита при охлаждении углеродистой стали

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Система железо – углерод. 5
1.1. Железо 5
1.2. Углерод 5
2. Фазы. 6
2.1. Жидкая фаза. 6
2.2. Феррит 6
3. Аустенит 6
2.4. Цементит (Fe3С) 6
2.5. Графит 7
3. Диаграмма системы железо – цементит (Fe — Fе3С). 9
3.1. Первичная кристаллизация сталей. 10
3.2. Вторичная кристаллизация сталей. 11
4. Влияние углерода. 16
5. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения сталей. 17
6. Непрерывное охлаждение стали. 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20
ЛИТЕРАТУРА 22

Однако общий ход изменения механических свойств и значения конкретных величин различных свойств зависят также от сочетания и дисперсности фаз. Как известно, структура доэвтектоидной стали после медленного охлаждения состоит из избыточного феррита и перлита, а заэвтектоидной - из вторичного избыточного цементита и перлита. Структура эвтектоидной сталь (0,8 % С) состоит из одного перлита. Повышение содержания углерода в стали до 0,8 % вызывает увеличение количества перлита и уменьшение феррита, а при дальнейшем увеличении С (> 0,8%) - к появлению наряду с перлитом вторичного цементита.Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.Влияние содержания углерода на механические свойства стали показано на рис. 4. Следует обратить внимание на изменение прочности. Прочность повышается до содержания углерода около 1 %, а затем она уменьшается. Это объясняется появлением в структуре заэвтектоидной стали хрупкого вторичного цементита в виде тонкой оболочки вокруг перлитных зерен, что и вызывает преждевременное разрушение стали при растяжении. Приведенные цифры значений механических свойств являются средними и могут колебаться в ту и другую сторону в зависимости от содержания примесей и условий охлаждения стали. Рис.4. Влияние углерода на свойства сталей.5. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения сталей.Легирующие элементы, понижающие температуру А3в безуглеродистых сплавах (Ni и Mn), смещают линии PSK, GSи SEдиаграммы Fe - Fе3С в сторону более низких температур.Легирующие элементы, повышающие температуру A3 в безуглеродистых сплавах, оказывают обратное влияние — они смещают линии PSK, GSи SE в сторону более высоких температур. Влияние некоторых легирующих элементов на положение эвтектоидной линии при охлаждении показано на рис. 5.1.В сложнолегированных сталях, содержащих элементы одной и другой групп, смещение критических температур зависит от количественного соотношения этих элементов.Под влиянием легирования изменяется и положение узловых концентрационных точек диаграммы Fe - Fе3С. Важнейшие узловые точки стали — S,указывающая содержание углерода в эвтектоиде (рис. 5.2), и Е,указывающая максимальную растворимость углерода в аустените.Рис. 5.1. Влияние л.э. на температуру Аc1 Рис. 5.2. Влияние л.э. на содержание углерода в эвтектоидеБольшинство легирующих элементов уменьшает растворимость углерода в аустените при всех температурах, что равносильно сдвигу линии SEвлево, в сторону меньших концентраций углерода.Максимальная растворимость углерода в аустените (точка Е)наиболее резко уменьшается под влиянием элементов, замыкающих γ-областъв безуглеродистых сплавах: Cr, Si, W, V, Тi. Приведенная схема не охватывает всего многообразия возможных вариантов влияния легирующих элементов на критические точки железа и, следовательно, на вид диаграммы железо-углерод. При легировании железа несколькими элементами одновременно их влияние на получение γ- и -фаз не суммируется. 6. Непрерывное охлаждение стали.Поскольку с понижением температуры скорость диффузии углерода замедляется, процессы превращения аустенита, связанные с перераспределением углерода, не успевают получить своего полного развития. Вследствие этого у быстро охлажденной стали возникают неравновесные структурные состояния: сорбит, тростит и мартенсит. Сорбитом называется смесь феррита и цементита. Практически сорбит возникает при распаде аустенита в условиях сравнительно невысокой скорости охлаждения.Дальнейшее увеличение переохлаждения приводит к образованию - тростит, представляющего также смесь феррита и цементита, но большей степени дисперсности.При наиболее резком охлаждении возникает принципиально отличная от вышеуказанных состояний структурная форма стали— мартенсит.Интервалы температур:700…550 – Перлитное превращение550…200 – Бейнитное (промежуточное) превращение200…–80 – Мартенситное превращениеНа схеме диаграммы изотермического превращения условно показана область мартенситного превращения (нижеМн). Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур отМн до Мк. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т. е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит. Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитньгх и бейнитных структур. В процессе мартенситного γ –> α-превращения углерод остается в твердом растворе, искажая кристаллическую решетку Fеа. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Свойства мартенсита сталей зависят от количества растворенного в нем углерода. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую НRС 60, при содержании углерода, большем 0,4 %. С увеличением содержания углерода возрастает хрупкость мартенсита. Мартенситное превращение в сталях сопровождается заметным увеличением объема. Весьма сильно изменяются и другие физические свойства стали.ЗАКЛЮЧЕНИЕКлассификация сталей. По основной структуре (после высокотемпературного нагрева до 900 oC с последующим охлаждением на воздухе):- перлитные,- бейнитные, - мартенситные, - ферритные,- аустенитные.Также могут быть смешанные классы:- феррито-перлитный и т.д. (при наличии не менее 10 % перлита).В структуре доэвтектоидных сталей, кроме перлита, присутствует избыточный феррит. Чем меньше в стали углерода, тем больше в структуре феррита. Доэвтектоидные стали на практике делят на три класса: мягкие (содержащие до 0,4%С), средней твердости (0,4—0,6%С) и твердые (более 0,6%С). С увеличением содержания углерода в сталях увеличиваются твердость и прочность, а пластические свойства ухудшаются. Заэвтектоидные стали применяют главным образом как инструментальные, доэвтектоидные стали применяют как конструкционные.Структурные превращения в чугуне при его охлаждении ниже линии солидуса. В зоне VI диаграммы в доэвтектических чугунах наблюдаются три структурные составляющие — избыточный аустенит, ледебурит (продукты первичной кристаллизации) и небольшое количество вторичного цементита. По мере понижения температуры в этой зоне содержание углерода в аустените понижается согласно линии SE, а количество вторичного цементита возрастает. Однако ввиду того, что последний преимущественно осаждается на кристаллах цементита, входящего в ледебурит, то он часто не образует самостоятельной структурной составляющей.При температуре, соответствующей линии PSK, аустенит (избыточный и ледебуриты) превращается в перлит.В зоне VII диаграммы структура заэвтектически чугунов состоит из ледебурита и первичного цементита. При температуре, соответствующей линии PSK, аустенит распадается, образуя перлит. Под влиянием некоторых факторов (малая скорость затвердевания, содержание дополнительных компонентов, главным образом кремния) вместо цементита может образовываться графит. Чугуны без графита (с ледебуритом) называются белыми, с ледебуритом и графитом — половинчатыми и без ледебурита (с графитом) — серыми. Серые чугуны подразделяются: на перлитные (перлитный цементит не распался), перлитов-ферритные (перлитный цементит частично заменен графитом) и ферритные (весь цементит заменен графитом).Если произвести охлаждение (например, на воздухе) быстро нагретой стали на 10—15 °С выше температуры точки Ас, то вследствие обратной перекристаллизации образуется мелкое зерно перлита. При одном терм цикле феррит в доэвтектоидных сталях почти не претерпевает изменений. Но если произвести несколько таких нагревов и охлаждений, то вся ферритно-перлитная структура претерпевает изменение. При попытках объяснить получение термоциклированием равномерной мелкозернистой структуры в доэвтектоидных углеродистых сталях необходимо исходить из механизма образования аустенита при ускоренных нагревах и его распада при последующих охлаждениях.Следует отметить, что вопрос о механизме образования аустенита при охлаждении стали является одним из фундаментальных в теории фазовых превращений и, к сожалению, еще до конца нерешенным. Обсуждению этого вопроса посвящено большое число работ. Высказано несколько гипотез о механизме аустенитизации, но важнейшие аспекты этого структурного превращения все еще остаются неясными.ЛИТЕРАТУРА1. Журнал Современная электрометаллургия №2 2008 г. А.Митчелл Кристаллизация металла в процессах переплава. С. 4-12.2. Банных О.А., Блинов В.М., Деркач Г.Г., Колесников А.Г., Костина М.В., Петраков А.Ф., Семенов В.Н. Научные основы создания нового поколения сталей и сплавов для эксплуатации в экстремальных условиях и технологии их обработки. Москва 2000 г.3. И. И. Новиков. Теория термической обработки металлов. Москва «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1986 г., 479 с.4. Гуляев А. П. Металловедение. Москва «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1986 г., 541 с.5. Журнал Металловедение и термическая обработка металлов №1 2002 г. Костина М.В., В.М. Дымов., Банных О.А., Блинов В.М. Влияние пластической деформации на структуру и свойства высокоазотистых сплавов системы Fe – Сr.6. М. В. Приданцев, Н. П. Талов, Ф. Л. Левин Высокопрочные аустенитные стали. М.: изд. «Металлургия», 1969, с. 248.7. Коломбье Л., Гохман И. Нержавеющие и жаропрочные стали. М.: Металлургиздат, 1958.8. Торопцева, Е.Л. Методические указания по курсу «Теория термической обработки металлов» / Е.Л.Торопцева, В.И. Захаренкова. – Липецк: ЛГТУ, 20039.  Металловедение и термическая обработка стали: справочник. Т. 1. Методы испытаний и исследования / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. – М.: Металлургия, 1983. – 367 с.