Особенности получения структуры доэвтектоидной стали
Структура доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей при различных температурах. Фазовые превращения стали. Особенности возникновения структуры доэвтектоидной стали. Основные факторы, от которых зависит микроструктура стали. Полный и неполный отжиг.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.01.2014 |
| Размер файла | 2,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Структура доэвтектойдной стали
- 1.1 фазовые превращения стали
- 2. Получение структуры доэвтектойдной стали
- 2.1 Полный отжиг
- 2.2 Неполный отжиг
- 2.3 Нормализация
- 2.4 Нагрев
- Список использованной литературы
1. Структура доэвтектойдной стали
Структура доэвтектоидных сталей при всех температурах ниже 723 состоит из зерен феррита и зерен перлита, а заэвтектоидных сталей - из зерен перлита и зерен цементита. Структура стали, содержащей 0 8 % углерода и называемой эвтектоидной, состоит при температурах ниже 723 только из зерен перлита. При комнатной т-ре структура доэвтектоидной стали состоит из избыточного феррита, выделившегося из аустенита между линиями GS и PS, и перлита, который образовался при эвтектоидном превращении. С увеличением содержания углерода возрастает количество перлитной и уменьшается количество ферритной составляющей. В эвтектоидных сталях (около 0 8 % С) весь аустенит превращается в перлит. С) вследствие понижения растворимости углерода в гамма-железе (линия ES) из аустенита выделяется вторичный цементит. При т-ре 723 С происходит эвтектоидное превращение. В результате этого превращения сталь приобретает структуру, состоящую из зерен перлита и сетки вторичного цементита. Толщина сетки возрастает с увеличением содержания углерода. В сплавах, содержащих 2 06 - 4 3 % С (доэвтектические чугуны), после выделения из жидкого раствора аустенита при т-ре 1147 С (линия ECF) происходит эвтектическое превращение (см. Эвтектика) Жс - АЕ Ц, образуется механическая смесь аустенита и цементита - ледебурит. В соответствии с линией ES диаграммы из аустенита выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита, а при т-ре 723 С аустенит превращается в перлит.
При кристаллизации эвтектического чугуна (около 4 3 % С) весь жидкий раствор превращается в ледебурит. В заэвтектических чугунах (4 3 - 6 67 % С) из расплава в области CDF кристаллизуется первичный цементит, структура их состоит из ледебурита и первичного цементита. Выше т-ры 723 С ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита, причем состав аустенита в зависимости от т-ры описывается линией SE. Ниже т-ры 723 С ледебурит является эвтектической смесью перлита эвтектоидного состава и цементита. При недогреве в структуре доэвтектоидных сталей наблюдается остаточный феррит либо мартенсит неравномерного строения. При перегреве возникает игольчатый мартенсит, размеры игл которого тем больше, чем значительнее был перегрев в процессе аустенитизации. Наиболее объективным методом оценки оптимальности режима нагрева является травление мартенситной структуры для выявления бывшего зерна аустенита. Полный отжиг применяют для перекристаллизации всей структуры доэвтектоидной стали с целью измельчения зерна ферритной и перлитной составляющих и снятия остаточных напряжений. Таким образом, в результате вторичной кристаллизации структура доэвтектоидных сталей состоит из зерен феррита и зерен перлита
1.1 фазовые превращения стали
Превращение перлита (ферритно-цементитной смеси) в аустенит. Оно протекает при нагреве любой стали выше точки Ас1 хотя бы на один градус. Кроме того, при дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях в интервале температур Ас1 - Ас3 в аустените растворяется избыточный феррит. Выше точки Ас3 стали находятся в однофазном аустенитном состоянии. Причем чем выше температура, тем крупнее получается аустенитное зерно. Для получения мелкого аустенитного зерна сталь необходимо нагревать всего на 30 - 50 оС выше точки Ас3. Превращение аустенита в перлит. Этот процесс происходит в верхнем температурном интервале (Ас1 - 550 оС) диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита. Например, при скоростях охлаждения V1 и V2 аустенит распадается с образованием перлитных структур в интервале температур ас и а'с' соответственно Следует иметь в виду, что чем выше скорость охлаждения, тем ниже температурный интервал распада аустенита, дисперснее и тверже получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, тростит) имеют пластинчатое строение и отличаются друг от друга степенью дисперсности пластин феррита и цементита.
2. Получение структуры доэвтектойдной стали
Структура доэвтектойдной стали образовывается в результате распада аустенита при охлаждении, состоит из феррита и феррито-цементита смеси (перлита), дисперсность которой зависит от степени переохлаждения, и по мере снижения температуры превращение имеет все большую дисперсность (зернистый перлит, пластичный перлит, сорбит, тро-остит). Количество перлита и феррита зависит от содержания углерода в стали, при содержании < 0,02% C структура состоит из феррита, при содержании 0,8%С - из одного перлита.
Основной фактор, от которого зависит микроструктура стали после отжига 2-го рода, - это степень переохлаждения аустенита. Разновидности отжига 2-го рода различаются главным образом способами охлаждения и степенью переохлаждения аустенита, а также положением температур нагрева относительно критических точек.
Необходимая степень переохлаждения аустенита достигается или при непрерывном охлаждении, или при изотермической обработке.
На рисунке на примере доэвтектоидной стали схематично изображены режимы охлаждения, соответствующие основным разновидностям отжига 2-го рода: полный (1), изотермический (2), нормализационный (3) отжиг (нормализация) и патентирование (4).
При отжиге или нормализации для получения мелкого зерна необходимо тщательно следить за показаниями термопары и не допускать перегрева, т.е. сильного повышения температуры по сравнению с нормальной температурой отжига или нормализации. При перегреве мелкие вначале зерна аустенита начнут расти, сделаются крупными (см. фиг.93), а из крупных зерен аустенита получатся при последующем охлаждении крупные зерна феррита и перлита. Перегретая при отжиге сталь получится такой же крупнозернистой, какой она была и до отжига.
Схема изменения структуры доэвтектоидной стали при отжиге и нормализации.
2.1 Полный отжиг
При отжиге сталь после нагрева выше критической точки медленно охлаждается вместе с печью. Проведение отжига 2-го рода основано на использовании фазового превращения в отличие от отжига 1-го рода, основанного на рекристаллизации, снятии макронапряжений и других структурных изменениях, необязательно связанных с фазовыми превращениями.
Для проведения полного отжига доэвтектоидную сталь нагревают до температур на 20 - 40°С выше точки Ас3.
Рисунок 2. Температура нагрева сталей для отжига 2-го рода:
1 - полный отжиг;
2 - неполный отжиг;
3 - сфероидизирующий отжиг;
4 - нормализация.
Охлаждение при отжиге проводят с такой малой скоростью, чтобы аустенит распадался при небольшой степени переохлаждения. Так как в легированных сталях аустенит более склонен к переохлаждению (смотрите рисунокСхематические диаграммы изотермического распада аустенита), то их следует охлаждать при отжиге с меньшей скоростью, чем углеродистые.
Если углеродистые стали можно охлаждать при отжиге со скоростью 200 град/ч, то легированные - со скоростью 100 - 30 град/ч. Скорость охлаждения при отжиге можно регулировать, охлаждая печь с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом, и перегружая садку в специальную камеру замедленного охлаждения.
Рисунок 3. Микроструктура доэвтиктоидной стали. Х 100:
а - видманшеттова структура литой стали;
б - та же сталь после полного отжига.
Если температура окончания горячей обработки давлением (ковки, прокатки) слишком высока, то успевает вырасти крупное зерно аустенита, а если температура слишком низка, то возникает строчечная структура.
Рисунок 4. Строчечная структура доэвтектоидной стали:
а - Х 70;
б - Х 300.
У сварного шва имеются такие же недостатки структуры, как у литой стали, причем по соседству с зоной литой структуры находится зона стали, перегретой в твердом состоянии. Во время проведения операций термической обработки возможен перегрев стали. Например, при гомогенизационном отжиге сталь необходимо нагревать до температур 1100 - 1200°С, при которых вырастает крупное аустенитное зерно.
Для устранения указанных недостатков структуры, возникших при литье, горячей деформации, сварке и термообработке, необходимо провести полную фазовую перекристаллизацию. При нагреве до температуры Ас3+ (20 - 40°С) образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении складывается равномерная и мелкая структура, состоящая из феррита и перлита.
Иногда однократного отжига бывает недостаточно для исправления структуры стали. Это объясняется, во-первых, тем, что образующиеся при нагреве аустенитные зерна находятся в ориентационной связи с исходной видманштеттовой структурой или структурой бейнита и мартенсита, образовавшихся при подкалке на воздухе отливок, сварных швов и горячего проката из легированных сталей. При такой исходной структуре обычный отжиг не исправляет грубозернистого излома (смотрите Образование аустенита при нагревании). Во-вторых, при горячей деформации шлаковые и сульфидные включения вытягиваются вдоль полос феррита. При обычном нагреве до Ас3 + (20 - 40°С) эти включения не растворяются в аустените и ориентируют при последующем охлаждении выделяющийся феррит, т.е. строчечность не устраняется обычным отжигом.
В рассмотренных случаях можно применять двойной отжиг: вначале при повышенной, а затем при нормальной температуре.
Первый высокотемпературный отжиг (выше точки b Чернова) необходим для развития первичной рекристаллизации аустенита, устраняющей его ориентационные связи с исходной кристаллографически упорядоченной структурой (смотрите Образование аустенита при нагревании), а также для растворения вытянутых шлаковых и сульфидных включений. Второй отжиг при нормальной температуре устраняет структуру перегрева от первого отжига. Целям обычного полного отжига, измельчающего зерно, противоположна цель отжига, увеличивающего зерно. Отжиг на крупное зерно с нагревом до 950 - 1100°С применяют к мягким низкоуглеродистым сталям для улучшения обрабатываемости резанием. Такие стали дают вязкую, трудно отделяемую стружку, способны привариваться к режущему инструменту, что делает поверхность шероховатой.
Улучшению качества поверхности и большей ломкости стружки низкоуглеродистых сталей способствует структура с крупными колониями пластинчатого перлита, которую и получают при высокотемпературном отжиге, увеличивающем зерно.
2.2 Неполный отжиг
Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас1, но ниже Ас3. Этот отжиг для доэвтектоидных сталей применяют ограниченно. При температуре неполного отжига избыточный феррит не исчезает. Следовательно, неполный отжиг не может устранить указанных выше пороков стали, которые связаны с нежелательными размерами и формой избыточного феррита. Неполный отжиг доэвтектоидной стали используют для смягчения ее перед обработкой резанием, так как в результате эвтектоидного превращения при неполном отжиге образуется мягкий перлит. Неполный смягчающий отжиг позволяет сэкономить время и снизить стоимость обработки.
2.3 Нормализация
Нормализацией называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше верхней критической точки Ас3, выдержке до полного образования аустенита (мелкозернистого) и охлаждении на спокойном воздухе. От полного отжига нормализация отличается ускоренным охлаждением (кривая 2 на рисунке 1). В этом случае распад аустенита происходит при более низких температурах (участок а'с'), нежели при отжиге (участок ас). Зерно у нормализованной стали мельче, а твердость выше, чем у отожженной.
2.4 Нагрев
Нагрев доэвтектоидную сталь до температуры, немного превышающей температуру А3, и выдержав ее при этой температуре в течение некоторого времени, сталь охлаждают:
1) либо медленно - с печью, т.е. производят отжиг;
2) либо более быстро - на воздухе, т.е. производят нормализацию.
Так как при нормализации производится более быстрое охлаждение, чем при отжиге, то зерна феррита и перлита в нормализованной стали получаются более мелкими, даже мельче, чем исходные зерна аустенита: из одного зерна аустенита получается два - три или даже несколько зерен феррита и несколько зерен перлита. При отжиге зерна получаются несколько более крупными, чем при нормализации. Но и в том и в другом случае, т.е. и при отжиге, и при нормализации (если, разумеется, они проведены правильно) структура стали получается мелкозернистой
Существеннее другое. При более быстром охлаждении (нормализация) структура феррито-цементитной смеси (перлита) получается более дисперсной (размельченной), и по существу вместо перлита структура нормализованной стали имеет сорбит. А так как сорбит обладает именно в силу своей более высокой дисперсности более высокой прочностью, то значения предела прочности, предела текучести, твердости и даже ударной вязкости нормализованной стали получаются несколько выше значений тех же свойств отожженной стали, как в этом можно убедиться из табл. 7.
Строение сорбита получается тем более дисперсным, а механические свойства тем более высокими, чем с более высокой температуры производится охлаждение. Вот почему температуры нормализации часто выбираются более высокими, чем температуры отжига. Может быть, в таком случае имеет смысл еще больше повысить температуры нормализации? Ведь в этом случае, надо полагать, строение сорбита получится еще более дисперсным, а механические свойства стали еще более высокими. А вот это наполовину неверно: действительно, чем выше температура нормализации, тем строение сорбита получится более дисперсным, а свойства тем не менее не повысятся, а понизятся: начнет сказываться перегрев, и крупное зерно сведет на нет преимущества дисперсного строения сорбита.
структура доэвтектоидная сталь отжиг
Список использованной литературы
1. Тушинский, Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.
2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.
3. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.
4. Евстратова, И.И. Материаловедение/ И.И. Евстратова и др. - Ростов-на-Дону: Феникс, 200 - 268 с.
5. Маркова, Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 200 - 96 с.
6. Ильина, Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В. Ильина, Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 2007.15-20 стр
7. http://turboreferat.ru/metallography/dojevtektoidnaya-stal/137611-701138-page1.html
8. http://www.inmetal.ru/50-zakalka-doyevtektoidnyx-i-zayevtektoidkyx-stalej.html
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Фазовые превращения в стали. Основные виды предварительной термической обработки. Структурные изменения доэвтектоидной стали при полной фазовой перекристаллизации. Исправление структуры кованой, литой или перегретой стали. Устранение дендритной ликвации.
реферат [1,8 M], добавлен 13.06.2012Фазы в железоуглеродистых сплавах: аустенит, феррит, цементит. Структурные составляющие в сталях. Микроструктура стали и схема ее зарисовки. Схема строения перлита. Микроструктура углеродистых сталей после отжига. Состав и структура эвтектоидной стали.
реферат [960,5 K], добавлен 12.06.2012Технология нормализации стали - процесса термической обработки, заключающегося в нагреве до определенной температуры для доэвтектоидной или для зазвтектоидной стали с последующим охлаждением на воздухе. Камерные, толкательные печи и специальные агрегаты.
презентация [2,3 M], добавлен 05.10.2011Повышение твердости стали за счет образования мартенситной структуры. Превращение перлита в аустенит. Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки. Основные фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении.
доклад [19,3 K], добавлен 17.06.2012Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.
реферат [22,8 K], добавлен 24.12.2007Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей. Температура нагрева и скорость охлаждения. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении. Твердость и износостойкость режущего инструмента. Выбор режима охлаждения при закалке стали.
презентация [209,6 K], добавлен 14.10.2013Особенности технологии выплавки стали. Разработка способов получения стали из чугуна. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали. Технологические операции кислородно-конверторной плавки. Производство стали в мартеновских и электрических печах.
лекция [605,2 K], добавлен 06.12.2008Металлургия стали как производство. Виды стали. Неметаллические включения в стали. Раскисление и легирование стали. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. Конвертерное, мартеновское производство стали. Выплавка стали в электрических печах.
контрольная работа [37,5 K], добавлен 24.05.2008Назначение и особенности эксплуатации инструментальных сталей и сплавов, меры по обеспечению их износостойкости. Требования к сталям для измерительного инструмента. Свойства углеродистых и штамповых сталей для деформирования в различных состояниях.
контрольная работа [432,5 K], добавлен 20.08.2009Требования к свойствам инструментальных материалов. Перечень марок нескольких основных нетеплостойких сталей для режущего инструмента. Закалка доэвтектоидных сталей. Быстрорежущие стали: маркировка, структура, технология термической обработки и свойства.
контрольная работа [19,8 K], добавлен 20.09.2010
