Кристаллизация. Термодинамические условия кристаллизации. Влияние степени переохлаждения на размер зерна и ударную вязкость стали. Строение стального слитка.

 

Кристаллизация – переход из жидкого состояния в твёрдое. В жидкости у атомов ближний порядок, у твёрдых тел – дальний порядок.

При повышении температуры свободная энергия любой системы понижается. Но понижение в жидкости происходит быстрее. Жидкий металл более устойчив при высоких температурах, а твёрдый при низких. При Тр(равновесная температура кристаллизации) когда Gт=Gж одновременно существуют 2 фазы.При Тр не происходит ни кристаллизация, ни плавление из-за отсутствия движущей силы(∆G). Кристаллизация идёт только при переохлаждении, когда Gт<Gж. Тк – температура кристаллизации. ∆Т=Тк-Тр – степень переохлаждения.

Зародыш минимального размера Rкр, устойчивый и способный к росту при данной степени переохлаждения – критический.(Rкр=2σ/∆G) Чем↑ степень переохлаждения, тем ↑∆G и ↓Rкр.При больших степенях переохлаждения усиливается тенденция образования. ∆G=-∆Gкр*V+Sσ, где V –объём, ∆Gкр -запас свободной энергии при переходе из жидк в твёрд сост, S-площадь поверхности раздела, σ-удельное поверхностное натяжение на границе жидкость-кристалл.

.измельчение зерна приводит к повыш ударной вязкости.А при больших степенях переохлаждения усиливается тенденция к образованию большого числа мелких зародышей

 

Слиток возникает в результате затвердевания жидкого металла.

1-зона мелких равновесных кристаллов(из-за большого переохлаждения и большой скорости охлаждения)

2-зона столбчатых кристаллов(дендритов)(образуется из-за направленности кристаллизации от периферии к центру)

3-зона крупных равновесных кристаллов(образуются из-за уменьшения степени переохлаждения и скорости кристаллизации)

4-усадочная раковина(полость незаполненная металлом)()появляется из-за уменьшении объёма при затвердевании)

5-газовые пузыри

4 и 5 –деффекты.

При большой скорости охлаждения может получится так, что до середины слитка будет зона 2, а зоны 3 не будет. Такая структура – транскристаллитная (пониженная прочность)

 

 

Виды и назначение отжига до- и заэвтектоидных сталей. Получаемые структура и свойства.

 

Отжиг закл-сяв нагреве стали до определенной тем-ры,выдержке и послед-ем медленном охлаждении.Охлаждение происходит вместе с печью. Цель- получение равновесной структуры.-Ф+П- в доэвтектоидных сталях(Ф+П):-П- в эвтектоидных сталях(П):-П+Ц2 – в заэвтектоидных сталя Виды отжига 1-го рода:

Рекристаллизационный отжиг применяется для снятия наклепа и зак-ся в нагреве холоднодеформированной стали выше тем-ры рекристаллизации на 150-250С,выдержке и послед охлаждении. Снижение твердости и повышение пластичности. Отжиг для снятия напряжений примен-ся для отливок, деталей, сварных изделий после обработки резанием.

Диф-ный отжиг прим-ся для легир сталей с целью выравнивания хим.состава и уменьшения внутрикристаллической ликвации, кот повышает слонность стали к хрупкому разрушению, понижает пластичность и вязкость. Т нагрева до 1100-1200С. В рез-те получется структура Ф+П с крупным зерном. Виды отжига 2-го рода:

Поный отжиг- нагрев доэв-ных сталей на 30-50 С выше тем-ры Ас3,выдержка и охлаждение вместе с печью.Цели- измельчение зерна,повышение ударной вязкости;улучшение обрабатываемости резанием за счет снижения твердости и повышения пластичности; снятие внутренних напряжений. Полный отжиг для заэвтектоидных сталей не применяется.

Неполный отжиг – нагрев до – и заэвтек-ных сталей выше тем-ры Ас1, выдержка,охлаждение в печи. Неполный отжиг доэв-ных сталей рименяют вместо полного,если не требуется измельчение зерна. Заэв-ные стали подвергают только неполному отжигу, нагрев вызывает практически полную перекристаллизацию, проводится для получения структуры зернистого перлита. Сталь с зернистым перлитом имеет более низкие значения твердости и прочности, более высокую пластичность.

Изотермический отжиг – проводится для легир сталей и состоит в нагреве выше линии Ас3,быстром охлажд-и,изотремической выдержке в теч-е 3-6ч,послед охл-е на воздухе. Сокращает длительность процесса, получается более однородная ф-п структура.