Материаловедение металлы и сплавы (стр. 2 из 4)
Первичные кристаллы аустенита имеют вид дендритов, величина и строение, которых определяется перегревом металла выше линии ликвидус, его составом и условиями охлаждения в процессе кристаллизации.
При понижении температуры состав аустенита меняется по линии GOS, а феррита - по GP.
Вторичная кристаллизация:
Начало вторичной кристаллизации на линии GОS (790°С) и образование ферритно-аустенитной структуры.
Конец вторичной кристаллизации - на линии PSK (735°С), аустенит превращается в эвтектоидную смесь - перлит.
Таким образом, структура доэвтектоидной углеродистая стали с содержанием 0,55 % С после окончания всех превращений состоит из феррита и перлита.
Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения.
Обозначаются буквой А (от французского arret – остановка):
А1 – линия PSK (727°С) – превращение П
А;A2 – линия MO (768°С, т. Кюри) – магнитные превращения;
A3 – линия GOS(переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф
А;A4 – линия NJ (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение
;Acm – линия SE (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – начало выделения цементита вторичного (иногда обозначается A3).
Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е
, при охлаждении – букву r, т.е. 
.Белый чугун с содержанием 5,0 % С, заэвтектический, кристаллизуется в интервале температур, ограниченными линиями CD и СF (рис.2, б).
Первичная кристаллизация проходит по линии ликвидус CD - 1230°С - жидкая фаза, заканчивается по линии СF - 1147°С – образование кристаллов цементита первичного.
Конец первичной кристаллизации при полном медленном охлаждении образуют структуру цементита первичного и ледебурита (аустенит +цементит). Вторичная кристаллизация – при температуре ниже 727° С, меняется состав ледебурита (перлит + цементит).
После окончания всех превращений структура белого чугуна с содержанием 5,0 % С, состоит из ледебурита + цементита первичного.
5. Заполнить таблицы 4, 5:
Таблица 4 – Линии диаграммы Fe – Fe3С
| Обозначение | Описание |
| Линия АBCD | Линия ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита (  ), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного. |
| Линия AHJECF | Линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита ( ). На линии HJB при постоянной температуре 1499°С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита ( ), в результате чего образуется аустенит. На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного |
| Линия ECF | При 1147°С протекает эвтектическая реакция Lc-AE+Ц. Жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом. |
| Линия PSK | При 727°С протекает эвтектическая реакция A - Фр+Ц. В отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз. Продукт превращения – эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом. |
| Линия ES | Показывает предельную растворимость углерода в аустените. |
| Линия PQ | Показывает предельную растворимость углерода в феррите. |
Таблица 5 – Точки диаграммы Fe – Fe3С
| Обозначение | Температура, °С | Концентрация углерода, % | Описание |
| A | 1539 | 0 | Температура плавления железа. |
| N | 1392 | 0.1 | Критическая точка перехода α=γ-железа обозначают Ас4 (при нагреве), и Ar1(при охлаждении). |
| G | 910 | 0 | Критическая точка перехода α=γ-превращения обозначают Ас3 (при нагреве), и Ar3(при охлаждении). |
| E | 1147 | 2.14 | Предельное содержание углерода в аустените. |
| P | 727 | 0.02 | Предельное содержание углерода в феррите. |
| C | 1147 | 4.3 | Нонвариантное равновесие аустенита состава Е, цементита (Fe3C) и жидкой фазы состава С.При кристаллизации жидкого сплава состава С образуется эвтектика ледебурит (аустенит + состав Е + цементит) |
| S | 727 | 0.8 | Предельное содержание углерода в аустените. |
Самостоятельная работа 3
«Железоуглеродистые сплавы»
Вариант Задания № 9
1. Расшифровка марок сталей.
40Х; 55; Ст4пс; 09Х15Н8Ю; 60С2; 09Г2С; 30ХН2ВФ.
40Х – конструкционная, улучшаемая, легированная хромистая сталь;
0,36-0,44% С; 0,17-0,37% Si; 0,50- 0,80% Mn; 0,8-1,10% Cr; не более 0,3% N i.
55 – углеродистая качественная конструкционная сталь;
0,52-0,6% C; 0,5-0,8% Mn; 0,17-0,37% Si; не более 0,25% Cr.
Ст4пс – углеродистая конструкционная полуспокойная сталь обыкновенного качества общего назначения; 0,18-0,27% C; 0,40-0,70% Mn; 0,05-0,17% Si;
09Х15Н8Ю – коррозионно-стойкая сталь аустенитно-мартенситная нержавеющая сталь; ≥0,09% C; 14-16% Cr; 7-9% Ni, 0,7-1,3 % Al.
60С2 – углеродистая легированная сталь для пружин и рессор; 0,58-0,63% C;
1,6-2,0% Si; 0,6-0,9% Mn, не более 0,3% Cr, 0,25% Ni,0,20% Cu.
09Г2С - сталь низколегированная, для судостроения, химической промышленности, вагоностроения и мостостроения; не более 0,12% C, 0,5-0,8% Si, 1,3-1,7% Mn, не более 0,3% Ni, 0,3% Cu, 0,3% Cr.
30ХН2ВФ – хромоникелевольфрамовая сталь;
0,27-0,3% C; 0,6-0,9% Cr; 2,0-2,4% Ni; 0,5-0,8% W, 0,15-0,3% V
В основу маркировки сталей положена буквенно-цифровая система.
Лигированные элементы обозначаются буквами русского алфавита:
Х – хром - Cr Р – бор - В
Г – марганец - Mn С - кремний - Si
Д – медь - Cu Т – титан - Ti
К – кобальт - Co Ф - ванадий - V
Н – никель - Ni Ю – алюминий - Al
М – молибден - Mo В – вольфрам - W
П – фосфор - P
Количество углерода указывается в сотых долях процента цифрой, стоящей в начале обозначения; количество легирующего элемента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего индекса. Отсутствие цифры после элемента указывают на то, что его содержание менее 1,5%.
Самостоятельная работа 4
«Термическая обработка металлов и сплавов»
Вариант Задания №9
Назначить режим термообработки шестерни из стали 50 с целью достижения высокой твердости и износостойкости.
1. Деталь: шестерня;
2. Марка стали: сталь 50;
3. Содержание углерода: 0,47-0,55 %С
4. Цель термообработки: Повышение твердости и износостойкости.
5. Назначается термическая обработка – закалка с высоким отпуском.
Закалка - температура нагрева Tзак. = Ас1 + (30-50)°С = 755°С+(30-50)°С = 785-810°C
Охлаждающая среда – вода.
Отпуск - Тот=500-650°С
Охлаждение на воздухе.
Рис. 1. "Стальной" участок диаграммы состояний сплава Fe-C
Рис. 2. Зависимость твердости закаленных углеродистых сталей с различным содержанием углерода от температуры отпуска
6. Закалка. Целью закалки является повышение твердости и прочности. Для зубчатых передач (деталь шестерня) важным является износостойкость, которая зависит от твердости.
После закалки стали с содержанием углерода 0,5%С получим твердость около 60 HRc.
В качестве охлаждающей (закалочной) среды для углеродистых сталей применяют воду.
После закалки возникают большие термические и структурные напряжения. Структура стали после закалки – мартенсит.
Для смягчения действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А1.
Отпуск. Отпуск снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшается твердость и хрупкость. Различают низкий, средний и высокий отпуск.
Низкий отпуск (Тотп = 150-250°С), охлаждение на воздухе. Применяют для снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Средний отпуск (Тотп. = 300-500°С), твердость стали, заметно понижается, вязкость увеличивается. В процессе высокого отпуска (Тотп=500-650°С) мартенсит распадается с образованием троостита, а затем и сорбита. Эти структуры обеспечивают лучшее сочетание механических свойств: повышенные прочность, вязкость и пластичность. Высокому отпуску (улучшению) подвергают среднеуглеродистые (0,3-0,5%С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования к пределу текучести, пределу выносливости и ударной вязкости. В данном случае для получения высоких показателей прочности, пластичности и ударной вязкости рекомендуется высокий отпуск.