Перлит
Структура перлита
Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.
Зернистый перлит и пластинчатый перлит
Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок (см. рисунок).
При исходном нагреве стали до 900°C получился пластинчатый перлит, причём более низкая температура даёт более дисперсную структуру. В такой же стали при тех же температурах превращения, но после невысокого нагрева (780°), получился зернистый перлит [1].
Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева (или температуры аустенизации).
Свойства перлита
Свойства перлита зависят от типа, размера и формы цементитных зёрен, от расстояния между пластинами, а также от других факторов. Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%. Прочность и твердость зернистого перлита несколько меньше, зато выше пластические свойства. Благодаря α-железу перлит обладает магнитными свойствами.
Твёрдость перлита
Значения твёрдости перлита, в зависимости от структуры и степени дисперсности могут меняться от При более дисперсном строении перлита твёрдость его повышается. Зависимость твёрдости от межпластинчатого расстояния (S) различных перлитных структур представлена в таблице [3]:
| . | Перлит | Сорбит | Троостит |
| S, мкм | 0,6-0,7 | 0,25 | 0,1 |
| Твёрдость, HB | 180 | 250 | 400 |
Значения твёрдости перлита из различных источников: твёрдость пластинчатого перлита 180-230 HB, твёрдость зернистого перлита 160-190 HB.
Перлит вспученный
Перлит вспученный находит применение прежде всего в строительстве: при изготовлении эффективной штукатурки, кирпича и блоков из искусственного перлитового камня (преимуществами которого являются малый вес и лёгкость обработки), в качестве звукоизоляционного наполнителя, утеплителя и т.д. Кроме того вспученный перлит применяют в сельском хозяйстве и не только.
Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)
Перлит (металловедение)
Связанные понятия
Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Химическое осаждение паров на металлы позволяет производить графен большой площади с хорошей подвижностью. В основе метода лежит процесс каталитического разложения метана или другого газа источника углерода, на поверхности катализатора. В качестве катализатора (подложки) выступает медная фольга. Температура в камере, через которую прокачивают газ-прекурсор, обычно составляет около 1000 °C. При такой температуре газ разлагается и формируется графен на поверхности меди, причём процесс прекращается.
Наблюдается на перитектических диаграммах с сильно различающейся температурой растворения фаз, например, алюминий-хром/цирконий/скандий.
Семейство сплавов на основе системы бор-углерод-кремний — сверхтвёрдый материал с микротвёрдостью, превышающей 70 ГПа. Чрезвычайно устойчив к химическим воздействиям и высокой температуре. Считается одним из лучших абразивных материалов по соотношению цена-производительность. Получают, сплавляя кокс, кварц и борный ангидрид в электродуговой печи, с последующим дроблением и классификацией по крупности зёрен. Цвет чёрно-коричневый с металлическим блеском.
Перлитный класс стали: описание, марки, сварка
Термин «перлитный класс» относится к определённым композитным микроструктурам на основе железа. Перлитная сталь характеризуется совместным расположением тонких слоев феррита и цементита, которые образовались в результате эвтектоидной реакции аустенита.
Пластинчатый вид перлита немного вводит в заблуждение, поскольку отдельные пластины и внутри колонии перлита фактически взаимосвязаны в трёх измерениях. Однако фактически такие колонии представляют собой взаимопроникающие бикристаллы феррита и цементита.
Описание перлитных сталей
Перлит образуется при достаточно медленном охлаждении в системе железо-углерод в эвтектоидной точке на фазовой диаграмме Fe-C (723°C, температура эвтектоида). В чистом сплаве Fe-C он содержит около 88 объёмных процентов феррита и 12 объёмных процентов цементита. Перлит известен своей вязкостью, а в сильно деформированном состоянии – весьма высокой прочностью.
При изучении под микроскопом перлит имеет характерный вид, создаваемый тонкими пластинчатыми полосами. Он напоминает перламутр, естественную пластинчатую структуру, встречающуюся у некоторых видов моллюсков. Однако из этого не следует, что перлит создаётся путём естественного осаждения последовательных слоёв. Он образуется в результате специальной обработки эвтектоидной смеси, разделяя показатели твёрдости и прочности.
Перлит является продуктом разложения аустенита в результате эвтектоидной реакции, поэтому все стали рассматриваемого класса характеризуются пластинчатым расположением феррита и цементита. Перлит растёт в виде конкреций на границах предшествующего аустенита, поэтому каждое скопление может иметь разные колонии или ориентацию. Эти конкреции могут распространяться, чтобы покрыть предшествующие границы аустенита. Путем изменения температуры реакции расстояние или масштаб длины любой стали перлитного класса можно изменить путём разветвления цементита.
Характеристики и маркировка
Эти параметры меняются в зависимости от температуры превращения. Условия, необходимые для получения полностью перлитной структуры путем непрерывного охлаждения, определены для обычных углеродистых сталей, которые содержат от 0,2% до 0,8% углерода.
Когда содержание углерода становится меньше 0,6%, перлит всегда является вырожденным: он имеет низкий предел текучести, но зато обладает хорошей пластичность, в частности, повышенным коэффициентом линейного растяжения.
Классификация
Согласно принятой терминологии классификацию сталей перлитного класса рекомендуется производить по проценту углерода, который имеется в них. При условии равновесности микроструктуры (имеется в виду медленное охлаждение, которое исключает образование цементита Fe3C) различают стали:
Когда температура становится ниже линии эвтектоида (727°C), весь аустенит превращается в перлит, при этом практически не происходит никаких изменений в структуре доэвтектоидного феррита, полученной во время охлаждения. Проэвтектоидный феррит присутствует в виде непрерывной матричной фазы, окружающей изолированные колонии перлита. Феррит также присутствует в перлите, он известен как эвтектоидный феррит, который на микрофотографиях кажется белым. Тёмный вид перлита объясняется узостью состава присутствующих в нём микрокомпонентов.
Толстые слои в зерне перлита представляют собой фазу феррита, а фаза цементита выглядит как тонкие тёмные пластинки.
Перлит имеет свойства, промежуточные между мягким пластичным ферритом и твердым хрупким цементитом. В заэвтектоидной стали равновесная микроструктура при комнатной температуре содержит доэвтектоидный цементит и перлит. Основное отличие от доэвтектоидной структуры состоит в том, что наблюдается непрерывная сеть цементита, которая разделяет каждую перлитную колонию. По мере увеличения содержания углерода толщина цементитной сетки увеличивается.
Процесс производства
Оптимизация производства сталей перлитного класса связана с поиском наилучших сочетаний легирующих элементов: их, как известно, не должно быть много, поэтому исследования отличаются тщательностью.
В частности, для улучшения прокатки регулируют предельный процент ванадия и кремния ванадия и кремния – элементов, повышающих эксплуатационные показатели данных сталей.
Результаты механических испытаний показывают, что подобные легирующие добавки благоприятно влияют на механические свойства сталей, особенно тех, что касаются прочности на разрыв. Кремний упрочняет перлит, в основном за счет твердорастворного упрочнения ферритной фазы. Ванадий увеличивает прочность перлита, в основном за счет дисперсионного упрочнения перлитного феррита. При добавлении по отдельности эти элементы обеспечивают относительно большее упрочнение при более высоких температурах превращения. При добавлении в комбинации (ванадий+кремний) поведение отличается, и достигается существенное увеличение прочности при всех исследованных температурах превращения (от 550°C до 650°C).
Особенности сварки
Сварка перлитных сталей, независимо от способа, обычно не встречает никаких сложностей. При сварке происходит локальное плавление, повторное затвердевание и последующее охлаждение до комнатной температуры.
Микроструктура в зоне термического влияния включает центральную область расплава с аустенитом, который получен путём локального нагрева перлита. При условии, что сварной шов достаточно медленно охлаждается до комнатной температуры, в области сварного шва образуется перлит. Он может иметь другой размер зерна, чем исходный материал, но будет обладать аналогичными свойствами. При повышенной скорости охлаждения равновесный фазовый переход не происходит, поэтому в зоне расплава из аустенита образуется мартенсит. В результате сварной шов становится твёрдым и хрупким, что для механического соединения деталей нежелательно. Чтобы избежать этой ситуации, обычно уменьшают скорость охлаждения или подвергают сварной шов термообработке (отпуску).
Сферы применения
Стали перлитного класса в исходном состоянии хорошо обрабатываются методами обработки резанием, поэтому применяются в качестве распространённых конструкционных материалов, в том числе, изготавливаемых штамповкой и сваркой.
При необходимости повышения прочностных свойств проводится термообработка, которая заключается в закалке с последующим низким отпуском. Она выполняется преимущественно в масло, что позволяет наиболее полно произвести аустенитное превращение.
В настоящее время перлитные стали являются самыми прочными и в то же время пластичными материалами. Однако не рекомендуется применять их для изготовления продукции, работающей в условиях высоких температур, поскольку жаропрочность перлитных сталей невысока.
ПЕРЛИТ
ПЕРЛИТ – структурная составляющая в углеродистых и легированных сталях и чугунах, возникающая при эвтектоидном превращении (см МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ) согласно диаграмме состояния железо – углерод. Перлит состоит из двух фаз – феррита и цементита, феррит – железо с очень малым количеством углерода (до 0,03%), а цементит – химическое соединение Fe3C, содержащее по массе 6,67%С. Среднее содержание углерода в перлите – 0,8%С, а сталь с целиком перлитной структурой, содержащая 0,8% углерода, называется эвтектоидной. При содержании углерода менее 0,8% сталь состоит из перлита и феррита, если углерода более 0,8% – из перлита и, в соответствии с диаграммой состояния железо – углерод.
При металлографическом исследовании изучается срез поверхности металла (металлографический шлиф), который подвергается шлифовке, полировке и химическому травлению специально подобранными реактивами. Химическая активность цементита больше, чем феррита, поэтому под микроскопом сильно протравленные участки цементита имеют черный цвет, а участки феррита сохраняют светлый цвет.
Перлит обычно имеет пластинчатую структуру, каждое зерно перлита состоит из параллельных пластинок феррита и цементита шириной в десятые доли мкм. Длина пластинок соответствует размеру зерен металла, и пластинки идут от одной границы зерна к другой. Если такая объемная пластинчатая структура пересекается плоскостью шлифа и подвергается травлению, то на ее поверхности возникает полосчатая структура из светлых полосок феррита и тонких полосок цементита. При различных термообработках ширина полосок (межпластиночное расстояние) может быть различным, ширина полосок цементита в 7 раз меньше, чем полосок феррита. При длительной выдержке при высоких температурах зерна феррита и цементита могут переходить из пластинчатой формы в округлую, и на металлографическом шлифе наблюдаются мелкие, темные, округлые зерна цементита на фоне крупных зерен феррита.
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.
Если содержание углерода в стали не равно 0,8%, то из аустенита при охлаждении выделяется не только перлит, но и другие фазы. Если углерода менее 0,8%, выделяется избыточное количество феррита и сталь приобретает феррито-перлитную структуру, а при содержании углерода более 0,8% у стали перлито-цементитная структура.
При какой температуре образуется перлит
Перлит – англ. pearlite (от франц. perle – жемчуг) – одна из структурных составляющих
железоуглеродистых сплавов – сталей
и чугунов; название предложено Хоу и связано с перламутровым блеском (перлит напоминает перламутр).
Перлит представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз – феррита
и цементита (в легированных сталях – карбидов). Перлит – продукт эвтектоидного распада аустенита
при медленном охлаждении Fe-C-сплавов ниже 723°C. Аустенит (γ-железо) переходит в α-железо, в котором около 0,02% углерода;
избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов.
Структура перлита
В зависимости от формы различают пластинчатый и зернистый перлит. Структура пластинчатого перлита представлена на первом рисунке,
структура зернистого перлита – на втором рисунке.
Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.
Таким образом, перлит, сорбит и троостит – это структуры с одинаковой природой (феррит + цементит), продукты распада аустенита,
отличающиеся степенью дисперсности феррита и цементита.
Зернистый перлит и пластинчатый перлит
Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В
пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок (см. рисунок).
Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Нагрев до высокой температуры, когда создаются условия для
образования более однородной структуры, способствует появлению пластинчатых структур. Неоднородный аустенит при всех степенях переохлаждения
даёт зернистый перлит. Нагрев до невысокой температуры приводит к образованию зернистого перлита (для заэвтектоидной стали ниже АС3;
критическая точка АС3 – конец растворения вторичного цементита в аустените). Вероятно, образованию зернистого цементита
способствуют оставшиеся не растворёнными в аустените частицы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации.
При исходном нагреве стали до 900°C получился пластинчатый перлит, причём более низкая температура даёт более дисперсную структуру.
В такой же стали при тех же температурах превращения, но после невысокого нагрева (780°), получился зернистый перлит [1].
Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева
(или температуры аустенизации).
Свойства перлита
Свойства перлита зависят от типа, размера и формы цементитных зёрен, от расстояния между пластинами, а также от других факторов.
Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%.
Прочность и твердость зернистого перлита несколько меньше, зато выше пластические свойства.
Благодаря α-железу перлит обладает магнитными свойствами.
Твёрдость перлита
Значения твёрдости перлита, в зависимости от структуры и степени дисперсности могут меняться от
При более дисперсном строении перлита твёрдость его повышается. Зависимость твёрдости от межпластинчатого расстояния (S)
различных перлитных структур представлена в таблице [3]:
| . | Перлит | Сорбит | Троостит |
| S, мкм | 0,6-0,7 | 0,25 | 0,1 |
| Твёрдость, HB | 180 | 250 | 400 |
Значения твёрдости перлита из различных источников: твёрдость пластинчатого перлита 180-230 HB, твёрдость зернистого перлита 160-190 HB.
Перлит вспученный
Перлитом также называется кислое вулканическое стекло с мелкой структурой, по которой оно раскалывается на мелкие шарики,
имеющие иногда жемчужный блеск. Состав такого вспученного перлита, %: SiO2 65-75; Al2O3 10-15;
Fe2O3 1,5-2,5; CaO 1,5-2,5; MgO 1,5-2,0. Перлит вспученный содержит до 3-6% конституционной (связанной)
воды. При быстром нагревании содержащаяся в этом перлите вода испаряется, вспучивая породу с увеличением объёма до
10-20 раз. Температура вспучивания 850-1200°C. Вспученный перлит имеет объёмную массу 70-600 кг/м3,
что позволяет использовать его в качестве лёгкого заполнителя в теплоизоляционных изделиях.
Перлит вспученный находит применение прежде всего в строительстве: при изготовлении эффективной штукатурки, кирпича и блоков из
искусственного перлитового камня (преимуществами которого являются малый вес и лёгкость обработки), в качестве звукоизоляционного наполнителя,
утеплителя и т.д. Кроме того вспученный перлит применяют в сельском хозяйстве и не только.
Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)
См. также Железоуглеродистые сплавы и Изотермическое превращение аустенита.
2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
В зависимости от степени переохлаждения различают три области
превращения. Вначале, с увеличением переохлаждения скорость превращения
возрастает, а затем убывает. При температуре 727 oС и ниже 200o С
скорость равна нулю. При температуре 200o С равна нулю скорость диффузии
углерода.
Образцы нагревают до температуры, при которой структура состоит из
однородного аустенита (7700 С). Затем переносят в термостаты с заданной
температурой (интервал 25 – 500 С). Превращение аустенита можно легко
обнаружить с помощью наблюдений за изменением магнитных характеристик,
так как аустенит парамагнитен, а феррит и цементит обладают магнитными
свойствами.
Получают
серию кинетических кривых (рис. 12.5 а), которые показывают количество
образовавшегося перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала
превращения.
Рис. 12.5. Кинетические кривые превращения аустенита при охлаждении (а);
диаграмма изотермического превращения аустенита (б)
В начале наблюдается инкубационный подготовительный период, время, в
течение которого сохраняется переохлажденный аустенит. Превращение
протекает с различной скоростью и достигает максимума при образовании 50
% продуктов распада.
Затем скорость начинает уменьшаться и постепенно затухает. С увеличением
степени переохлаждения устойчивость аустенита уменьшается, а затем
увеличивается.
Горизонтальная линия Мн показывает температуру начала бездиффузного
мартенситного превращения. Такие диаграммы называются диаграммами
изотермического превращения аустенита (рис. 12.5 б).
При малых степенях переохлаждения, в области температур 727…550o С,
сущность превращения заключается в том, что в результате превращения
аустенита образуется механическая смесь феррита и цементита, состав
которой отличается от состава исходного аустенита. Аустенит содержит 0,8
% углерода, а образующиеся фазы: феррит –0,02 %, цементит – 6,67 %
углерола.
Время устойчивости аустенита и скорость его превращения зависят от
степени переохлаждения.
Максимальная скорость превращения соответствует переохлаждению ниже
температуры на
150…200o С, то есть соответствует минимальной устойчивости аустенита.
Механизм превращения представлен на рис. 12.6.
Рис. 12.6. Механизм превращения аустенита в перлит
При образовании перлита из аустенита ведущей фазой является цементит.
Зарождение центров кристаллизации цементита облегчено на границе
аустенитных зерен. Образовавшаяся пластинка цементита растет, удлиняется
и обедняет соседние области углеродом. Рядом с ней образуются пластинки
феррита. Эти пластинки растут как по толщине, так и по длине. Рост
образовавшихся колоний перлита продолжается до столкновения с
кристаллами перлита, растущими из других центров.
Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от
температуры, при которой происходит процесс его распада.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 650…700 oС, или при
скорости охлаждения Vохл = 30…60 oС/ч. Твердость составляет 180…250 НВ.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 600…650 oС, или при
скорости охлаждения Vохл = 60 oС/с. Твердость составляет 250…350 НВ.
Структура характеризуется высоким пределом упругости, достаточной
вязкостью и прочностью.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 550…600 oС, или при
скорости охлаждения Vохл = 150 oС/с. Твердость составляет 350…450 НВ.
Структура характеризуется высоким пределом упругости, малой вязкостью и
лпастичностью.
Твердость ферритно-цементитной смеси прямопропорциональна площади
поверхности раздела между ферритом и цементитом..
Если температура нагрева незначительно превышала теипературу А и
полученый аустенит неоднороден по составу, то при малой степени
переохлаждения образуется зернистый леплит.
При температуре ниже 550 oС самодиффузия атомов железа практически не
происходит, а атомы углерода обладают достаточной подвижностью.
Механизм превращения состоит в том, что внутри аустенита происходит
перераспределение атомов углерода и участки аустенита, обогащенные
углеродом превращаются в цементит.
Превращение обедненного углеродом аустенита в феррит происходит по
сдвиговому механизму, путем возникновения и роста зародышей феррита.
Образующиеся при этом кристаллы имеют игольчатую форму.
Такая структура, состоящая из цементита и феррита, называется бейнитом.
Особенностью является повышенное содержание углерода в феррите (0.1…0.2
%).
Дисперсность кристаллов феррита и цементита зависят от температуры
превращения.
При температуре мм
– верхний бейнит. Структура характеризуется недостаточной прочностью,
при низких относительном удлинении ()
и ударной вязкости ().
При температуре 300oС – –
нижний бейнит. Структура характеризуется высокой прочностью в сочетании
с пластичностью и вязкостью.
Основы теории термической обработки стали (продолжение)
Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
Данное превращение имеет место при высоких скоростях охлаждения, когда
диффузионные процессы подавляются. Солровождается полиморфным
превращением
При охлаждении стали со скоростью, большей критической (V > Vк),
превращение начинается при температуре начала мартенситного превращения
(Мн) и заканчивается при температуре окончания мартенситного превращения
(Мк). В результате такого превращения аустенита образуется продукт
закалки – мартенсит.
Минимальная скорость охлаждения Vк, при которой весь аустенит
переохлаждается до температуры т.Мн и превращается, называется
критической скоростью закалки.
Так как процесс диффузии не происходит, то весь углерод аустенита
остается в решетке и
располагается либо в ценрах тетраэдров, либо в середине длинных ребер
(рис. 13.1).
Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в.
При образовании мартенсита кубическая решетка сильно
искажается, превращаясь в тетрагональную (рис. 13.1 а). Искажение
решетки характеризуется степенью тетрагональности: с/а > 1. Степень
тетрагональности прямопролорциональна содержанию углерода в стали (рис.
13.1 б).
Рис. 13 1. Кристаллическая решетка мартенсита (а); влияние содержания
углерода на параметры а и с решетки мартенсита (б)
Механизм мартенситного превращения имеет ряд особенностей.
1. Бездиффузионный характер.
Превращение осуществляется по сдвиговому механизму. В начале превращения
имеется непрерывный переход от решетки аустенита к решетке мартенсита
(когерентная связь). При превращении гранецентрированной кубической
решетки в объемно-центрированную кубическую атомы смещаются на
расстояния меньше межатомных, т.е. нет необходимости в самодиффузии
атомов железа.
2. Ориентированность кристаллов мартенсита.
Кристаллы имеют форму пластин, сужающихся к концу, под микроскопом такая
структура выглядит как игольчатая. Образуясь мгновенно пластины растут
либо до границы зерна аустенита, либо до дефекта. Следующие пластины
расположены к первым под углами 60 o или 120 o, их размеры ограничены
участками между первыми пластинами (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Ориентированность кристаллов мартенсита
Ориентированный (когерентный) рост кристаллов мартенсита обеспечивает
минимальную поверхностную энергию. При когерентном росте, из-за различия
объемов аустенита и мартенсита, возникают большие напряжения. При
достижении определенной величины кристаллов мартенсита, эти напряжения
становятся равными пределу текучести аустенита. В результате этого
нарушается когерентность и происходит отрыв решетки мартенсита от
решетки аустенита. Рост кристаллов прекращается.
3. Очень высокая скорость роста кристалла, до 1000 м/с.
4. Мартенситное превращение происходит только при непрерывном
охлаждении. Для каждой стали начинается и заканчивается при определенной
температуре, независимо от скорости охлаждения. Температуру начала
мартенситного превращения называют мартенситной точкой МН, а температуру
окончания превращения – МК. Температуры МН и МК зависят от содержания
углерода и не зависят от скорости охлаждения Для сталей с содержанием
углерода выше 0,6 % МК уходит в область отрицательных температур
(рис.13.3)
Рис.
13.3. Зависимость температур начала (МН) и конца (МК)мартенситного
превращения от содержания углерода в стали
Мартенситное превращение чувствительно к напряжениям, и деформация
аустенита может вызвать превращение даже при температурах выше МН.
В сталях с МК ниже 20oС присутствует аустенит остаточный, его количество
тем больше, чем ниже МН и МК.(при содержании углерода 0,6…1,0 %
количество аустенита остаточного – 10 %, при содержании углерода 1,5 % –
до 50 %). В микроструктуре наблюдается в виде светлых полей между иглами
мартенсита.
5. Превращение необратимое. Получить аустенит из мартенсита невозможно.
Свойства мартенсита обусловлены особенностями его образования. Он
характеризуется высокой твердостью и низкой пластичностью, что
обуславливает хрупкость.
4. Превращение мартенсита в перлит.
Имеет место при нагреве закаленных сталей. Превращение связано с
диффузией углерода.
Мартенсит закалки неравновесная структура, сохраняющаяся при низких
температурах. Для получения равновесной структуры изделия подвергают
отпуску.
При нагреве закаленной стали происходят следующие процессы.
При нагреве до 300oС идет рост образовавшихся карбидов. Карбиды
выделяются из мартенсита и он обедняется углеродом. Диффузия углерода
увеличивается и карбиды растут в результате притока углерода из областей
твердого раствора с высокой его концентрацией. Кристаллическая решетка
карбидов когерентно связана с решеткой мартенсита.
В высокоуглеродистых сталях аустенит остаточный превращается в мартенсит
отпуска. Наблюдается снижение тетрагональности решетки и внутренних
напряжений. Структура – мартенсит отпуска:
Высокодисперсная смесь феррита и цементита называется троостит отпуска;
При нагреве выше 400oС изменение фазового состава не происходит,
изменяется только микроструктура. Имеет место рост и сфероидизация
цементита. Наблюдается растворение мелких и рост крупных карбидных
частиц.
При температуре 550…600oС имеем сорбит отпуска. Карбиды имеют зернистое
строение. Улучшаются свойства стали.
При температуре 650…700oС получают более грубую ферритно- цементитную
смесь – перлит отпуска (зернистый перлит).
Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки
и отпуска
При разработке технологии необходимо установить:
режим нагрева деталей (температуру и время нагрева);
характер среды, где осуществляется нагрев и ее влияние на материал
стали;
Режимы термической обработки назначают в соответствии с диаграммами
состояния и диаграммой изотермического распада аустенита.
Нагрев может осуществляться в нагревательных печах, топливных или
электрических, в соляных ваннах или в ваннах с расплавленным металлом,
пропусканием через изделие электрического тока или в результате
индукционного нагрева.
С точки зрения производительности, нагрев с максимальной скоростью
уменьшает окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного
зерна. Однако необходимо учитывать перепад температур по сечению, что
ведет к возникновению термических напряжений. Если растягивающие
напряжения превысят предел прочности или предел текучести, то возможно
коробление или образование трещин.
Рис. 13. 4. Левый угол диаграммы состояния железо – цементит и
температурные области нагрева при термической обработке сталей
Скорость нагрева тем выше,чем менее легирована сталь, однороднее ее
структура, проще конфигурация.
Скорость нагрева принимается 0,8…1 мин на 1 мм сечения. Время выдержки
принимается около 20 % от времени нагрева.
Среда нагрева при нагреве в печи с газовой средой.
Составляющие могут оказывать на сталь различное действие:
окисляющее (О2, СО2, Н2О);
восстанавливающее (СО, СН4);
обезуглероживающее (О2, Н2);
науглероживающее (СО, СН4);
нейтральное (N2, инертные газы).
Обезуглероживание (выгорание углерода в поверхностном слое металла)
способствует появлению мягких пятен при закалке и возникновению
растягивающих напряжений в поверхностном слое, снижающих усталостную
прочность.
На рис. 13.4 показаны температурные области нагрева при термической
обработке сталей.
