Тег «раствор»

ЗАКАЛКА СТАЛИ

Закалка стали основана на фазовых превращениях при нагреве и охлаждении. Она включает нагрев стали до температур, превышающих температуры фазовых превращений, выдержку при этих температурах и последующее быстрое охлаждение. Превращения в стали при охлаждении (превращение аустенита). Аустенит устойчив только при температурах выше линии 65Е (рис. 18). При охлаждении стали ниже линии 05 и ЕЗ аустенит становится неустойчивым: начинается его распад. Если сталь, нагретую до состояния аустенита, охлаждать с большой скоростью, происходит переохлаждение аустенита и образование новой мелкозернистой феррито-цементитной смеси, причем, чем больше скорость охлаждения, тем все мельче и мельче становится феррито-цементитная смесь. Образующиеся более мелкие по сравнению с перлитом структуры имеют свое особое название. При охлаждении, например, стали на воздухе, аустенит превращается в сорбит, при охлаждении в масле — в троостит (названия даны по именам ученых Сорби и Трооста). Образование сорбита начинается при температуре 600° С и заканчивается при температуре 500° С. Троостит образуется при еще более низких температурах — 500—200° С. По своему строению перлит, сорбит и троостит очень сходны. Все они являются механическими смесями феррита и цементита, разница заключается лишь в размерах пластинок феррита и цементита. При охлаждении в воде аустенит сохраняется в углеродистой стали до температуры примерно 200° С и затем мгновенно превращается в структуру, которую называют мартенситом (название дано в честь ученого Мартенса). В сталях с большим содержанием углерода аустенит не полностью превращается в мартенсит. Сохранившуюся часть аустенита называют остаточным аустенитом. Мартенсит отличен от сорбита и троостита и по своей структуре, и по свойствам. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в а-же-лезе. Мартенсит при рассмотрении под микроскопом имеет характерную игольчатую структуру. Мартенсит — самая твердая и хрупкая структура стали. Его твердость НВ 600—700 (НКС 62 —66), а пластические свойства при растяжении (б и тр) и ударная вязкость ан близки к нулю. Мартенсит магнитен и обладает наибольшей способностью сохранять в себе остаточный магнетизм, поэтому магниты при изготовлении закаливают на мартенсит. В легированных сталях рассмотренные структуры могут получаться и при иных скоростях охлаждения. В структуре некоторых легированных сталей даже при охлаждении на воздухе получается мартенсит. В связи с этим, изучая термическую обработку, следует ознакомиться с термином «критическая скорость закалки», который означает наименьшую скорость охлаждения, при которой в структуре стали получается чистый мартенсит. Таким образом, чем меньше критическая скорость закалки, тем с меньшей скоростью нужно охлаждать сталь, чтобы получить структуру мартенсита. Закалкой называют процесс нагрева стали на 30— 50° С выше критических точек Ас3 доэвтектоидной стали (рис. 19) и Асх заэвтектоидной стали, выдержки при данной температуре и последующего быстрого охлаждения. В результате закалки сталь приобретает структуру мартенсита » и благодаря этому делается очень твердой. Быстрое охлаждение при закалке достигается путем применения специальных закалочных сред (воды, масла, водных растворов солей и др.). Для закалки простых углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С, а для закалки большинства легированных сталей — масло. В зависимости от скорости охлаждения при закалке можно получить кроме мартенсита структуры: сорбит и троостит. Скорость, обеспечивающую получение мартенситной структуры, называют критической скоростью закалки.

Теги: , , , ,

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО—УГЛЕРОД

В диаграмме состояния железо—углерод (цементит) рассматриваются процессы кристаллизации, протекающие в железоуглеродистых сплавах (стали и белом чугуне), и превращения в их структурах, полученные при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры (рис. 10). По вертикали откладывают температуру, по горизонтали — концентрацию углерода от 0 до 6,67% (более 6,67% углерода в железе не растворяется). Сплавы, содержащие углерода до 2,14%,—это сталь, а от 2,14 до 6,67% — чугун. Кристаллизация всех железоуглеродистых сплавов начинается при температурах, лежащих на линии АСБ (ликвидус). По линии АС кристаллизуется аустенит А, по линии СО — цементит первичный Ц1. Линия АЕСР является солидусом, ниже этой линии все сплавы железа с углеродом находятся в твердом состоянии. После затвердевания в железоуглеродистых сплавах образуются различные структуры. В чугуне образуется механическая смесь кристаллов аустенита и цементита Ц1. Чугун, содержащий 4,3% углерода, кристаллизуется при одной температуре 1147° С. Его структура представляет равномерную механическую смесь аустенита и цементита Ц1. Такой чугун называется эвтектическим или ледебуритным Л. Чугуны, содержащие менее 4,3% углерода, называются доэвтек-тическими, их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии АС, с выделением аустенита, и кончается при температурах, лежащих на линии ЕР, при этом образуются структуры Л + А -+* 4- ЦП. ЦП при понижении температуры выделяется из аустенита. При дальнейшем понижении температуры из аустенита продолжает выделяться цементит ЦП и, когда его остается 0,8%, при температуре 727° С аустенит переходит в перлит П. Таким образом, в до-эвтектических чугунах при полном медленном охлаждении образуются структуры Л + П + ЦП. Чугуны, содержащие более 4,3% углерода, называются заэвтектическими. Их кристаллизация начинается на линии СО с выделением цементита первичного и заканчивается на линии СР. При полном медленном охлаждении в заэвтектических чугунах образуется структура Л + ЦР Следует отметить, что в составе ледебурита при температуре ниже 727° С аустенит переходит в перлит. В практике большое значение имеют доэвтектические чугуны. Они служат для получения ковкого чугуна, о котором будет коротко рассказано ниже. Главную роль в процессах термической обработки стали играют структурные превращения. В результате затвердевания в стали образуется аустенит. При понижении температуры аустенит претерпевает вторичную кристаллизацию, связанную с изменением формы кристаллической решетки и растворимостью углерода, т. е. с выделением из аустенита феррита и цементита вторичного. В точке 5, соответствующей содержанию углерода 0,8%, при 727° С аустенит распадается и образуется равномерная смесь феррита с цементитом — перлит П. Эта сталь называется эвтектоидной. Сталь, содержащая менее 0,8% углерода, называется доэвтек-тоидной, а более 0,8% — заэвтектоидной. Распад аустенита в доэвтектоидной стали начинается при температурах, лежащих на линии 0′5, с выделением феррита Ф. При дальнейшем понижении температуры концентрация углерода в оставшемся аустените возрастает, и когда она достигает 0,8%, при 727° С аустенит переходит в перлит. Таким образом, в доэвтектоидной стали при полном медленном охлаждении получают структуры Л + Ф. В заэвтектоидной стали начало распада аустенита идет по линии 55 с выделением ЦП. Когда остается 0,8% углерода, он при 727° С переходит в перлит. Таким образом, в заэвтектоидной стали при полном медленном охлаждении получаются структуры П -ь» 4- ЦП. Линия 08Е называется линией верхних критических точек или линией начала распада аустенита (при охлаждении). Эта линия на диаграмме обозна-, чается Лез при нагревании и Ан при охлаждении. Линия (727° С) называется линией нижних кри- тических точек, линией конца распада аустенита при охлаждении или линией перлитных превращений. На диаграмме она обозначается Ас\ при нагреве и Аг% при охлаждении. Диаграмма железо—углерод имеет важное практическое значение, так как на превращениях в структурах стали и чугуна основана термическая обработка, а термическая обработка изменяет и улучшает свойства сплавов. Подробно диаграмма железо—углерод рассматривается в гл. 4 (рис. 18).

Теги: , , , , , , ,

ПОНЯТИЕ О ДИАГРАММАХ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ

Диаграммы состояния сплавов дают возможность правильно выбрать сплав, характеризуют его поведение при обработке, физические и механические свойства. Существуют различные типы диаграмм состояния в зависимости от числа компонентов и строения сплава. Здесь рассматриваются диаграммы состояния сплавов из двух компонентов: свинец—сурьма, алюминий— кремний, медь—никель и другие. Диаграмма состояния 1-го рода характеризует сплавы (например, свинца с сурьмой), у которых компоненты в жидком виде полностью растворимы, а в твердом образуют механическую смесь. Для построения этой диаграммы выбирают три-четыре сплава различной концентрации, перенасыщенных либо свинцом, либо сурьмой, и на вспомогательной диаграмме температура-время (рис. 8 слева) наносят, пользуясь данными наблюдений температуры кристаллизации чистого свинца и чистой сурьмы, а также нижеперечисленных сплавов: 1) 95% Рв; 5% 5Ь; 2) 90% Рв; 10% 5Ь; 3) 87% РЬ; 13% 5Ь; 4) 60% РЬ; 40% 5Ь. Вначале вычерчивают кривые кристаллизации РЬ и 5Ь (/ и 6). Свинец кристал* лизуется при 327° С, сурьма — при 631° С. Их кристаллизация отмечена горизонтальным участком кривой.

Теги: , , , , ,

Поверхностную закалка

Поверхностную закалку при нагреве, в электролите выполняют в 10%-ном растворе поваренной соли, поташа или кальцинированной соды. Детали, подлежащие закалке, погружают в ванну, и они являются катодом, а корпус ванны — анодом. При пропускании постоянного электрического тока через электролит вокруг катода (детали) образуется газовая оболочка, которая нарушает электрический контакт катода с электролитом, и деталь интенсивно нагревается до температуры закалки. После этого ток выключают; деталь закаливается в электролите, который омывает ее со всех сторон. Кроме описанных применяют ряд других способов поверхностной закалки, в частности нагрев деталей под закалку в расплавленных металлах или солях. В них закаливают мелкие детали простой геометрической формы, изготовляемые в небольших количествах. Отпуск после выполнения поверхностной закалки производят с целью снятия напряжений, возникших в зоне закалки. Это уменьшает хрупкость и повышает прочность деталей. Твердость повышается на 2—3 ед. по сравнению с обычной закалкой; улучшается износостойкость; предел выносливости возрастает в 1,5— 2 раза.

Теги: ,