Влияние температуры нагрева и скорости охлаждения на структуру углеродистых сталей

Таблица 3

Мар ка ста- ли	Вид обработ- ки	Режим		Фото- графия микро- структу- ры	Описание структуры	Структурный признак
		Т нагрева, °С	Скорость охлажде- ния, v
1	2	3	4	5	6	7
40	исходное г/к состо- яние	1100	воздух 1,0ºС/с	вклеить фото	Ф(светлый) +П(темный). Крупное зер- но, видман- штетт	игольчатое строе- ние феррита
40	отжиг	850	охлажде- ние с пе- чью 0,05ºС/с	вклеить фото	Ф+П, балл зерна 8	толстая сетка фер- рита, пластины перлита диффе- ренцируются (вы- глядит, как отпе- чатки пальцев), при х500

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5	6	7
40	закалка полная непре- рывная	850	вода 600ºС/с	вклеить фото	Мзак (балл иглы 5) + Аост(4%)	мартенсит закалки – светлая игольча- тая структура, Аост – в доэвтектоидной стали не диффе- ренцируется
У12	закалка полная непре- рывная	850	вода 600ºС/с	вклеить фото	Мзак+ Аост(10%)	мартенсит закалки – светлая игольча- тая структура, Аост – в заэвтек- тоидной стали дифференцируется
40	закалка полная непре- рывная	1000	вода 600ºС/с	вклеить фото	Мзак (балл иглы 9) + Аост(4%)	светлая крупно- игольчатая струк- тура мартенсита
40	закалка частичная	850	масло 100ºС/с	вклеить фото	М+ неболь- шое количе- ство троости- та	Светлая игольча- тая структура мар- тенсита и темная сетка троостита по бывшим границам зерен аустенита
40	закалка частичная	850	масло с под- стужива- нием	вклеить фото	М+большое количество троостита
40	закалка неполная	Ас1+(30°С) 760	вода 600ºС/с	вклеить фото	М+Ф	Ф в виде разорван- ной сетки по быв- шим границам зе- рен А
40	закалка неполная	Ас1+(50°С) 780< Ас3	вода 600ºС/с	вклеить фото	М + неболь- шое количе- ство феррита
У12	закалка неполная	Ас1+(30°С) 760	вода 600ºС/с	вклеить фото	М+Ц2	Мартенсит бес- структурный скрытнокристалли- ческий +мелкие светлые глобули Ц2
40	закалка + низкий отпуск	Тзак=850ºС Тотп=200º С	вода 600ºС/с	вклеить фото	М отпуска	Мартенсит отпуска – темная игольча- тая структура (бо- лее высокая тра- вимость чем у Мзак за счет неод- нородности по химсоставу)

Окончание таблицы 3

1	2	3	4	5	6	7
40	закалка + средний отпуск	Тзак=850ºС Тотп=400º С	вода 600ºС/с	вклеить фото	Троостит отпуска	Темная, плотная, сильнотравящаяся структура
40	закалка + высокий отпуск	Тзак=850ºС Тотп=600º С	вода 600ºС/с	вклеить фото	Сорбит отпуска	Точечные включе- ния цементита на светлой ферритной основе
40	закалка + высокий отпуск	Тзак=850ºС Тотп=700º С	вода 600ºС/с	вклеить фото	Мелкозерни- стый перлит	На светлой основе мелкие светлые зерна ценментита
40	закалка + высокий отпуск	Тзак=1050º С Тотп=600º С	вода 600ºС/с	вклеить фото	Сорбит отпуска	Сорбит имеет игольчатую ориен- тацию

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит размер пер- литной колонии и дисперсность перлита? На что они влияют?

2. Чем отличаются ДИПА стали 40 и У8?

3. В каких температурных интервалах об- разуются перлит, сорбит, троостит (ниже

А r ₁ на 50-100°; на 100-130°, при   t =520- Мн

580°).                                                                 Мк

4. Какая структура будет в точках 1-7? Бу-

дет ли отличие в точках 1-2, 3-4, 5-6

(рис.1)?

5. За счет какого процесса обеспечивается

 

• 1 2 •

4 3 • •

5 •

• 6

7 •

Рис. 1

рост зародыша цементита при перлитном превращении? Где он образует- ся? Что является движущей силой его зарождения?

6. Сущность инкубационного периода.

7. В чем отличие перлита, образовавшегося в равновесных условиях и из переохлажденного аустенита для стали 40?

8. Определить положение t =0°C на рис.1.

9. Какова окончательная структура стали (рис.1), какой структурной со- ставляющей в ней будет больше?

10. Какая из углеродистых сталей обладает наибольшей устойчивостью к эвтектоидному распаду: а) доэвтектоидная; б) заэвтектоидная; в) эв- тектоидная?

11. Какое влияние оказывает пластическая деформация (предваритель- ная холодная и горячая) на положение С-кривых и почему?

12. В чем сходство и отличие структур перлит, сорбит, троостит?

13.

b

В каких условиях в переохлажденном аустените оказывается возможным появ- ление первого ферритного зародыша, если ведущей фазой при А®П превращении

является цементит?                                      а

14. Смысл отрезка «аb» (рис. 2), мерой че-

го он является?

15. Может ли меняться величина отрезка

«аb» для данной марки стали (рис.2)?

16. Можно ли охладить с одинаковой ско- ростью сталь 40 и 40Х, если ставится за- дача – получение минимальной твер-

дости? Почему?                                        А3

17. В чем сходство и отличие структур А1

сорбит закалки и сорбит отпуска?

18. Какая структура в точке К (рис.3) – определить соотношение структурных со- ставляющих (чего больше, меньше?)

19. Совпадают ли по размерам аусте- нитное зерно и образовавшаяся из него перлитная колония и почему?

20. Что такое кривые изотермического превращения? Что из них видно? Зачем они нужны?

21. Что из перечисленного способствует образованию зародыша ферритной пла- стины при перлитном превращении:

а) упругие напряжения;

б) обеднение аустенита по углероду вбли- зи цементитной пластины;

в) увеличение изотермической выдержки.

22. Какая структура будет при комнатной температуре (рис.4)?

23. Какая структура (перлит, сорбит, тро- остит) обеспечивает наилучший комплекс механических свойств и что это значит?

24. Какой смысл отрезка «аb» (рис.5)?

 

 

Рис. 2

I AAAAIQAevfQdQB8AAI+wAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQA BgAIAAAAIQDvPZ684gAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJohAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUG AAAAAAQABADzAAAAqSIAAAAA ">

К

Рис.3

а b

Рис.4

Рис.5

25. Какое влияние оказывает гомогенизация аустенита на кинетику пер- литного распада? Какие технологические факторы способствуют гомо- генизации?

26. Как изменится ДИПА на рис. 5, если увеличить в стали % С?

27. В какой стали будут более мелкие перлитные колонии после охла- ждения с одинаковой скоростью от температуры выше критической – углеродистой, среднелегированной одним легирующим элементом, среднелегированной двумя легирующими элементами?

28. В каком направлении осуществляется диффузия углерода в тонком слое аустенита перед фронтом растущей перлитной колонии:

а) из участков аустенита, граничащих с цементитом, в участки аустенита, граничащие с ферритом;

б) из участков, граничащих с ферритом, в участки аустенита, граничащие с цементитом;

в) вглубь аустенита из областей, прилежащих к фронту растущей колонии.

29. От чего зависит степень дисперсности Ф-Ц смеси после завершения перлитного превращения (температуры нагрева, длительности изотер- мической выдержки, скорости охлаждения, степени переохлаждения)?

30. Какова структура стали в точках 1-5

(рис.6)?

31. Сравнить перлит и сорбит по механи- ческим свойствам.

32. Какой смысл линии «MN» (рис. 6)?

33. Влияет ли пластическая деформация на устойчивость переохлажденного аустенита (если да, то какая: в области стабильного, метастабильного аустенита, предварительная ХПД (перлитной струк-

А c ₃

M            1 2                           N

3

4

5

Рис.6

туры)? Если да, то почему, как, какая сильнее и при каких условиях?

34. Есть ли разница в понятиях «квазиэвтектоид» и «псевдоперлит»?

35. Определить соотношение структурных составляющих в точке 3

(рис.6)? Какой составляющей больше, какой – меньше?

36. Перепутана отожженная и нормализованная деталь – различить с помощью неразрушающих средств контроля? Объяснить с помощью ДИПА.

37. До каких пор продолжается рост цементитной пластины за счет при- тока углеродных атомов из аустенита при перлитном превращении:

а) пока %С во всем объеме аустенита не понизится до концентраций близких к равновесному значению растворяемости в феррите;

б) пока %С в аустените на границе цементита – аустенита не понизится до 0,006%;

в) пока %С в моноатомном слое аустенита на границе цементит – аустенит не понизится до концентраций, близких к равновесному зна- чению растворимости в феррите?

38. Что такое троостит? По какому механизму он образуется (промежу- точному, бездиффузионному, диффузионному)? Его ориентировочная твердость? В чем отличие под микроскопом

от сорбита?

39. У какой стали из перечисленных наибольшая устойчивость переохлажденно- го аустенита: 40; У8; У12?

40. Есть ли разница в структурах стали, охлажденной по режимам 1 и 2 (см. рис.7)?

Если есть, то как это влияет на свойства стали?

41. Зависит ли положение С-кривых от тем-

1      2

Рис.7

пературы нагрева? Если да – то через какие факторы это влияние про- является?

42.

а

с

d

Что изменится в ДИПА на рис. 7 при уве- личении %С?

43. По какому механизму образуется верхний бейнит?

44. Какой фазы в точке а больше (рис.8)?

45. В чем разница в структурах в точке с и d

(рис.8)?

46. Что является движущей силой появления

зародышей феррита из аустенита при пер- литном превращении:

3

1

2

а) разница удельных объемов феррита и аустенита; б) близость химического состава аустенита и феррита;

в) избыток свободной энергии системы.

47. Что такое сорбит? По какому механизму он образуется (промежуточному, диффузи- онному, бездиффузионному)? Его ориенти- ровочная твердость? Отличие под микро- скопом от перлита.

48. В чем отличие структур стали, охлажден- ной по режимам 1-3 (рис.9)?

49. Как влияет легирование хромом на устойчивость переохлажденного аустенита?

Рис.8

Рис.9

50. Возможно ли образование квазиэвтектоида в эвтектоидной стали?

51. Одинакова ли температура нагрева под изотермическую и непре- рывную закалку, если нет – то почему?

52. Каково соотношение структурных составляющих в точке а (рис. 10)?

53.

а

b

с

В чем разница структур в точках b и с

(рис. 10)?

54. В каком температурном интервале изо- термического превращения образуется

сорбит: а) А r ₁

– (50…100°); б) А r ₁ –

(100…130°); в) 520-580°?

55. Какова равновесная концентрация угле- рода в аустените при переохлаждении ни- же А r ₁ на границе с цементитом? (больше, меньше, равна 0,8%).

56. Почему рядом с растущей пласти-

ной  цементита начинается образова-  А3

ние зародыша феррита и при каких А1

условиях это происходит?

57. В чем отличие перлита, образовав- шегося в равновесных условиях и из переохлажденного аустенита для стали 40?

58. Чем отличается по структуре и свойствам сталь, охлажденная по ре- жимам 1 и 2 (рис.11)?

 

 

Рис.10

b

а

1

2

Рис.11

59. Влияет ли продолжительность выдержки при аустенитизации (при t _{нагрева}>А с ₁) на устойчивость переохлажденного аустенита? Если да – то через какие факторы?

60. Какие составляющие структуры присутствуют в точке а на рис.11. Напишите их соотношение.

61. Влияет ли на продолжительность инкубационного периода степень переохлаждения? Если да, то как и почему?

62. Какая структура в точке b на ДИПА (рис. 11) – в межкритическом интервале А₁ – А₃. Сравнить со структурой на диаграмме состояния Fe- Fe₃С в том же интервале (одинакова или различна – ответ объяснить).

63. Одинаковы ли по размеру перлитные колонии в сталях 40 и 40Х при одинаковой скорости охлаждения?

64. Что такое квазиэвтектоид?

65. До каких пор идет увеличение концентрации углерода на границе: растущая ферритная пластина – аустенит при перлитном превращении пока %С не достигнет определенной концентрации (какой?) в слое аустенита, соответствующем:

а) толщине будущей цементитной пластины;

1

2

f

g А

б) или в слое толщиной в несколько межатомных расстояний; в) или во всем объеме аустенита.

66. Что такое квазиэвтектоид в до- и заэвтектоидной стали?

67. Что можно сказать про состав сталей,

имеющих С-кривые 1-3 (рис.12)? Какая                                                   3

будет получена в них  структура  после Мн

охлаждения по режиму А?

68. Есть ли отличие в  структуре  стали, Мк

имеющую С-кривую 1 (рис. 12), в точ-

ках f и g?

69. Каково значение показателя «дис-

 

 

Рис.12

персность». Какая структура имеет более высокую дисперсность: сор- бит или троостит?

70.

t 1

Определить количество избыточного феррита, образовавшегося в стали заданного состава в условиях переохлаждения при указанной t ₁ (рис.13).

71. Чем объясняется повышение устойчиво- сти переохлажденного аустенита к перлит- ному распаду при микролегировании стали бором?

72. Почему в легированных сталях происхо- дит неодинаковый сдвиг С-кривой в области перлитного и бейнитного распада?

73. Влияет ли величина зерна аустенита на устойчивость его при переохлажде- нии? Как? И почему?

74. В чем разница структур стали, охлажденной по режимам 1 и 2 (рис.14)? Какая из них обеспечивает лучший комплекс механических

свойств?                                                    Мн

75. Как изменяется инкубационный пе- М_к риод распада аустенита с увеличением степени переохлаждения и почему?

76. Какая разница в структуре стали, охлажденной по режиму 2, в точках а и b (рис.14)?

Рис.13

а

b

2 1

Рис.14

77. Какая сталь более устойчива к распаду аустенита: У10 или У12?

78. Можно ли производить изотермиче- скую закалку на нижний бейнит по одина- ковому режиму проволоки и стержневой детали, полученной точением, из одинако- вой марки стали? Если нет, то что надо изменить в режиме?

79. В чем разница структур, полученных по режимам 1-3 (рис.15)?

80. В трех плавках стали У8 содержание углерода равно: 0,8%, min и max для дан- ной марки стали. Будет ли разница в структуре после распада при одинако- вой степени переохлаждения?

81. Одинакова ли устойчивость аустени- а

та стали У12, подвергнутой аустенити- d

зации при t =750° и 900°С?

82. Что можно сказать о химическом со- ставе сталей I и II, имеющих указанные С-кривые? Какова их структура после охлаждения по режиму 1 (рис.16)?

83.

I

1

2

II

Какой из следующих факторов ока- зывает наибольшее влияние на кинетику эвтектоидного распада      (химический  со- став аустенита, величина аустенитного зерна, гомогенность аустенита)?

84. Возможно ли образование квазиэвтек- тоида в стали У8?

85. Какой смысл отрезков аb, bс и dе

(рис.16)?

86. Как влияет легирование кремнием на устойчивость переохлажденного аустени- та?

 

 

1 2 3

I

II

с b е

1

Рис.15

Рис.16

Рис.17

87. Рассмотреть механизм А®П превращения, если ведущей фазой яв- ляется феррит.

88. Какие структуры будут получены по режимам I и II? Есть ли разница в структуре в точках 1 и 2 (рис.17)?

89. Расположить структуры в порядке возрастания дисперсности: тро- остит, перлит, сорбит.

90. Чем отличаются ДИПА сталей 30 и 70?

91. Какой смысл точки d (см. рис. 18).

92. Какова структура стали в точках 1-7 кривой I (рис.18)?

93. Какова окончательная структура после охлаждения по кривой II (рис.       M   18)? Какая составляющая в ней обра- зуется в первую очередь? Что в струк- туре больше – этой составляющей или всех остальных вместе взятых?

94. Есть ли разница в структуре в точ- ках 1-4 на кривой I (рис.19)? Какой составляющей меньше всего в точке 3?

95. Определить положение t =0°С на рис. 19 в   предположении, что  это А3

сталь 30 и 60?                                         А1

96. Какие изменения будут в ДИПА на рис. 19, если сталь станет заэвтекто- идной?

97. Можно ли стали 65 и 65Г при от- жиге охлаждать по  одному режиму,                                                   Mн

если ставится задача – получение min Мк

твердости?

98. Какова окончательная структура

при охлаждении по режиму II  М

(рис.19)?

99. Как происходит рост ферритной пластинки в перлитной колонии, поче- му и при каких условиях он тормозит- ся?

100. Какая структура в точках 1-6 (рис. 20)?

 

N

1

2

d

3

4

5 6

7

II

I

Рис.18

1 2

3

4

I

II

Рис.19

1 2

3

4 5

6

N

Рис.20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. – М.: Металлургия, 1978. – 392 с.

2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева.

– М.: Альянс, 2013. – 493 с.

3. Богодухов, С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: учеб. пособие / С.И. Богодухов, А.В. Синюхин, Е.С. Козик. - Изд-во М.: Машиностроение, 2010. -350 с.

4. Материаловедение и технология материалов: учебник /Г.П. Фети- сов [и др.] - Изд-во М.: Юрайт, 2014. -768 с.