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

ВВЕДЕНИЕ
Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14% называются сталями. Кроме железа и углерода в сталях содержатся полезные и вредные примеси.
Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине ХIX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.
Стали сочетают высокую жесткость с достаточной статической и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменив химический состав, можно получить, стали с различными свойствами, и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.
Углеродистые стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскислой и структуре в равновесном состоянии.
По содержанию углерода стали, подразделяются на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 % С).
По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 0С) деформирования.
По качеству, сталиклассифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.
По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.
Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.
По структуре в равновесном состоянии стали, делятся на:
1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит;
2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;
3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.
Термическую обработку стали осуществляют чаще не в изотермических условиях, а при непрерывном охлаждении. Схематически показано влияние скорости охлаждения на природу образующихся структур при термообработке углеродистой эвтектоидной стали.

При непрерывном охлаждении с небольшой скоростью V1 формируется перлит. Увеличение скорости охлаждения до V2 и V3 приводит к превращению аустенита в сорбит и троостит соответственно. При скорости охлаждения V4 полного распада аустенита не произойдет. Часть его, переохладившись до точкиМн, превратится в мартенсит. Минимальной скорости охлаждения, при которой аустенит не распадается на феррито-цементитную смесь, а превращается в мартенсит, соответствует кривая Vk, касающаяся выступа кривой начала изотермического распада аустенита.
Эту скорость называют критической скоростью закалки. Она является очень важной характеристикой стали и определяет выбор охлаждающих сред (вода, масло, воздух). Легирование уменьшает критическую скорость закалки. Так, если критическая скорость закалки углеродистых сталей составляет 200-800°С/с, для многих легированных сталей она снижается до 5-20°С/с. Чем больше устойчивость аустенита, тем меньше критическая скорость закалки.
Бейнит в условиях непрерывного охлаждения углеродистой стали как правило не образуется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Классификация 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.