Какую структуру имеет заэвтектоидная сталь?

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Структура — заэвтектоидная сталь

Заэвтектоидные стали нагревают для закалки на 50 — 70 С выше Ас. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей будет мартенсит с цементитом и небольшое количество остаточного аустени-та. Остаточный аустенит, как структурная составляющая, характерен для всех закаленных заэвтектоидных сталей. [31]

После неполной закалки в доэвтектоидных сталях структура состоит из мартенсита и зерен феррита, а в заэвтектоидных — из мартенсита и округлых зерен вторичного цементита. Наличие феррита в структуре закаленной доэвтектоидной стали снижает твердость; поэтому такая закалка применяется реже. Наличие избыточного цементита в структуре закаленной заэвтектоидной стали , наоборот, полезно. [32]

При нагревании заэвтектоидных сталей выше точки Аст имеющийся в них избыточный цементит полностью растворяется в аусте-ните, обогащая его углеродом. Заэвтектоидные стали обычно не нагревают выше точки Аст, так как цементит имеет высокую твердость и его целесообразно сохранить в структуре металла. Поэтому для получения и фиксации аустенита в структуре заэвтектоидных сталей необходимо сталь нагревать до температуры выше точки Асг на 20 — 30 С. Доэвтектоидные стали с этой же целью нагревают до температуры выше точки Ас3 также на 20 — 30 С. [33]

Структура углеродистых сталей в состоянии отжига определяется содержанием углерода. Сталь, содержащая 0 8 % С, носит название эвтектоидной и имеет характерную структуру, состоящую из чередующихся пластин феррита и цементита, — структуру перлита. В заэвтектоидных сталях ( 0 8 С 2 %) не связанный в перлите углерод выделяется в структурно-свободном виде как графит, располагаясь как по границам перлитных зерен, так и внутри их. Структура заэвтектоидных сталей : перлит цементит. [34]

В структуру доэвтектоидных сталей при комнатной температуре входят феррит и перлит. Эвтектоидная сталь содержит только перлит. Структура заэвтектоидных сталей при комнатной температуре перлитоцементитная. С увеличением в этих сталях углерода растет количество цементита и уменьшается количество перлита. [36]

При закалке заэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30 — 50 выше точки Acv При таком нагреве перлит полностью превращается в аустенит, а часть вторичного цементита остается нерастворенной и структура состоит из аустенита и цементита. После охлаждения со скоростью больше критической аустенит превращается в мартенсит. Структура закаленной стали состоит из мартенсита и цементита. Наличие в структуре закаленной заэвтектоидной стали кроме мартенсита еще и цементита повышает твердость и износостойкость стали. [37]

Если температура нагрева ниже Лс3 ( между Ас1 и Ас3), то при нагреве не весь феррит превратится в аустенит, и после охлаждения получится мартен-сито-ферритная структура ( фиг. Такая закалка называется неполной. Нормальной температурой закалки заэвтектоидных сталей является температура на 30 — 50 выше линии SK ( см. фиг. Структура при таком нагреве — аустенит и цементит, а после охлаждения — мартенсит и цементит. Наличие в структуре закаленной заэвтектоидной стали цементита не снижает твердости и повышает износоустойчивость. [38]

СС ( ниже верхней критической точки Ас3), и охлаждают со скоростью, превышающей критическую VK. Неполную закалку применяют для эвтектоидной и заэвтектоидной углеродистых сталей. Исходная структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цементита. При нагреве выше Асг происходит превращение перлита в аустенит ( П А), а цементит остается нерастворенным. При быстром охлаждении происходит превращение А — М, и в результате структура заэвтектоидной стали состоит из мартенсита, цементита и остаточного аустенита. Наличие в структуре цементита повышает твердость и износоустойчивость стали. Структура закаленной эвтектоидной стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. [39]

Доэвтектоидные и эвтектоидные стали

Стали, содержащие от 0,025 до 0,8% углерода, называются доэвтектоидными.

Структура этих сталей состоит из феррита (светлый фон) и перлита (темные зерна). Количество перлита увеличивается, а феррита уменьшается пропорционально увеличению содержания углерода (рис.5) в соответствие с диаграммой состояния (рис.1).

а	б	в
Феррит + перлит – a + (a+Fe3C) — 0,2-0,3% С	Перлит + феррит – (a+Fe3C)+ a — 0,4-0,5 % С	Перлит + феррит – (a+Fe3C) + a 0,5-0,7% С

Рис.5. Микроструктура доэвтектоидных сталей:

а – сталь 20, б – сталь 45, в – сталь 60

Поэтому, считая, что феррит углерод практически не растворяет, а наличие в структуре 100% перлита соответствует 0,81% С, можно найти содержание углерода в любой доэвтэктоидной стали, определив с помощью микроскопа количественное соотношениемежду структурными составляющими и решая затем простую пропорцию.

0,81% С — 100% перлита

X % С — А % перлита,

где А — количество перлита встали, определенное визуально с помощью микроскопа.

При содержании 0,8% С сталь называется эвтектоидной и состоит из одного перлита.

Твердость и предел прочности эвтектоидной стали выше, чем доэвтектидной, а пластичность ниже.

Заэвтектоидные стали

Стали с содержанием углерода от 0,81 до 2% называются заэвтектоидными, ихструктурасостоит из перлита и вторичного цементита.

Цементит

Цементит — самая хрупкая и твердая (НВ>800) структурная составляющая. Пластичность цементита ничтожно мала и практически равна нулю, что, вероятно, является следствием сложного строения его кристаллической решетки. Кристаллическая структура цементита очень сложна. Есть много различных способов ее изображения, один из наиболее удачных показан на рис. 6.

Цементитная сетка в структуре стали снижает ее пластичность, а твердость — увеличивает. Поэтому с возрастанием количества вторичного цементита пропорционально увеличению концентрации в ней углерода твердость ее повышается, а пластичность падает.

Рис. 6. Кристаллическая структура цементита

Цементит содержит 6,67% углерода, является самой хрупкой и твердой (НВ до 800) структурной составляющей железоуглеродистых сплавов.

В заэвтектоидной стали вторичный цементит обычно расположен в виде светлой сетки или светлых зерен (цепочки) по границам перлитных зерен или в виде игл (рис.7).

Рис.7. Микроструктура заэвтектоидной стали У12 — 1,2 % С

(перлит + цементит вторичный)

а – цементит вторичный зернистый; б – в виде сетки по границам зерен

В сталях, содержащих углерод несколько меньше 0,81%, в виде сетки по границам зерен перлита может также выделиться феррит. При обычном травлении 4%-ным раствором азотной кислоты эта сетка также получается светлой. Для выяснения, является эта сетка ферритной или цементитной, микрошлиф подвергают травлению пикратом натрия.

Если сетка после травления осталась светлой, то это феррит и, следовательно, сталь является доэвтектоидной; если сетка потемнеет, то это цементит, и сталь является заэвтектоидной.

Вторичный цементит в заэвтектоидиой стали занимает незначительную по величине площадь, определить которую на глаз затруднительно. Поэтому методом, которым определяют содержание углерода в доэвтектоидных сталях, для заэвтектоидных — не пользуются.

Выделение вторичного цементита по границам зерен аустенита и цементита перлита в виде пластинок нежелательно, так как такая структура обладает повышенной хрупкостью, плохо обрабатывается резанием и после окончательной термической обработки готовые детали (инструмент) будут иметь пониженные механические свойства, главным образом малую пластичность и ударную вязкость. Поэтому стремятся получать цементит в виде мелких зерен округлой формы (шарики). Структура зернистого перлита является исходной структурой для инструментальных сталей (рис.4).

Таким образом, свойства стали после медленного охлаждения определяются свойствами ее структурных составляющих и их количественным соотношением. Структура же стали состоит из перлита с избыточным или ферритом, или цементитом, в зависимости от количества в ней углерода. Следовательно, именно содержание углерода в стали определяет ее механические и технологические свойства — прочность, твердость, пластичность, вязкость.

Количество цементита в структуре стали возрастает прямо пропорционально содержанию углерода, а как указывалось выше, твердость цементита НВ>800 (8000-8500 МПа) на порядок больше твердости феррита НВ 45-80 (450-800 МПа). Кроме того, частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т.е. повышают сопротивление деформации, уменьшают пластичность и вязкость. Вследствие этого с увеличением в стали содержания углерода до 1,0% возрастают твердость, прочность, предел текучести и понижаются показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) и ударная вязкость (рис.6).

При содержании углерода свыше 1,0-1,1% твердость стали в отожженном состоянии возрастает, а прочность уменьшается из-за наличия вторичного цементита, образующего сплошную сетку и вызывающего хрупкое преждевременное разрушение.

С увеличением содержания углерода меняется структура стали, увеличивается количество цементита и уменьшается количество феррита. Это приводит соответственно к изменению свойств стали.

Pиc. 8. Влияние углерода на механические свойства стали

Чем больше углерода в стали, тем выше твердость и прочность, но ниже пластичность (рис.8).

Механические свойства стали зависят также от формы и размеров феррито-цементитной смеси.

Чем дисперсней (тоньше) частички феррито-цементитной смеси, тем выше твердость и прочность стали.

Зернистая форма цементита по сравнению с пластинчатой при одинаковой твердости обладает более высокой пластичностью и ударной вязкостью.

С повышением содержания углерода в стали:

— снижается свариваемость, углерод способствует также образованию трещин и пор в процессе сварки в сварном шве,

— до некоторого содержания углерода (0,3-0,5%) улучшается обрабатываемость резанием.

Далее с повышением содержания углерода:

— ввиду высокой твердости стали, обрабатываемость резанием ухудшается;

— повышается порог хладноломкости стали;

— усиливается чувствительность стали к дисперсному старению и к старению после холодной пластической деформации;

— понижается устойчивость стали против коррозии в атмосферных условиях, в речной и морской воде.

Механические свойства конструкционной качественной углеродистой стали в нормализованном состоянии приведены в табл. 1.

Механические свойства конструкционной качественной углеродистой стали в нормализованном состоянии (не менее)

Какую структуру имеет заэвтектоидная сталь?

Pereosnastka.ru

Углеродистая сталь

Структура и свойства медленно охлажденной стали. Для лучшего ознакомления с природой стали проследим процесс охлаждения эвтектоидной, доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей.

Рассмотрим сначала эвтектоидную сталь. Выше точки а сплав находится в жидком состоянии. При охлаждении в точке а на линии ликвидуса начнут выделяться первые кристаллы аустенита, содержащие меньше 0,8% С. Между точками а и b количество маточного раствора (жидкой фазы) постепенно уменьшается до нуля, а концентрация углерода в нем постепенно увеличивается; одновременно растут кристаллы аустенита, и около точки b (линия солидуса) первичная кристаллизация заканчивается. В точке S однородный аусте-нит распадается и образуется смесь цементита и феррита — перлит.

На рис. 2 приведена микроструктура перлита при большом увеличении; здесь ясно видно равномерное распределение цементита (темные участки) по светлому полю феррита. Итак, эвтектоидная сталь по структуре представляет один перлит.

Для ознакомления с процессом охлаждения доэвтектоидной стали возьмем, например, сталь, содержащую 0,3% С. В точках а1 (рис. 1) и bt происходят превращения, аналогичные превращениям эвтектоидной стали в точках а и Ь. В точке сг на линии GOS начинается вторичная кристаллизация стали — выделение феррита и аллотропический переход у-железа в а-железо. Температуру превращения сплавов по линии G0S для краткости обозначают через А3. В точке при температуре 768° происходит магнитное превращение выпавших кристаллов феррита, т. е. немагнитный феррит становится магнитным.

Критические температуры превращения сплавов по линии МО обозначают через А2. В связи с выпадением кристаллов феррита количество углерода в остающемся аустените постепенно увеличивается и к точке е1 доходит до эвтектоидного состава (0,8%). Концентрация углерода в аустените при любой температуре между точками су и ех может быть определена проекцией на линию GOS. В точке ег выпадение кристаллов феррита заканчивается и происходит распадение оставшегося аустенита в смесь феррита и цементита — перлит.

Температуру превращения сплавов по линии PSK (эвтектоидное превращение) обозначают через Аг.

Ниже точки Ах происходит выделение цементита из феррита; этот цементит называют третичным. С выделением третичного цементита содержание углерода в феррите постепенно понижается от 0,025% при 723° до 0,006% при 0°.

Рис. 1. Часть диаграммы Fe—Fe3C, относящаяся к группе стали

Таким образом, в структуру доэвтектоидной стали, содержащей более 0,025% углерода, входят перлит и феррит, а при содержании меньше 0,025% углерода — феррит и цементит третичный. На рис. 3 приведена микроструктура стали с содержанием 0,3% С.

Рис. 2. Микроструктура перлита (X 1200)

Рис. 3. Микроструктура стали, содержащей 0,3% углерода (Х600)

Рис. 4. Микроструктура стали, додержащей 1,2% углерода (X 600)

При охлаждении заэвтектоидной стали, например стали с 1,2% углерода (рис. 1), в точке са начинается вторичная кристаллизация цементита из аустенита. Температуру превращения по линии SE обозначают через Аст, Количество углерода в аустените между точками с2 и е2 непрерывно уменьшается, так как кристаллы цементита содержат 6,67% С. В точке е2 происходит эвтектоидное превращение аустенита.

Рис. 5. Изменение механических свойств горячекатаной стали в зависимости от содержания углерода

Таким образом, в структуру заэвтектоидной стали входят перлит и цементит вторичный (избыточный).

На рис. 4 приведена микроструктура заэвтектоидной стали. Здесь цементит образует тонкую сетку игл на поле перлита. Избыточный цементит в структуре стали никогда не занимает больших участков, и заэвтектоидная сталь в основном состоит из перлита.

Свойства сплавов зависят от их состава и структуры. Феррит является мягкой и пластичной фазой; цементит, наоборот, придает стали твердость и хрупкость; перлит содержит 1/8 цементита и имеет соответственно повышенную прочность и твердость по сравнению с ферритом.

На рис. 5 приведены кривые изменения механических свойств стали в зависимости от содержания углерода.

Углеродистая сталь — наиболее распространенный продукт металлургической промышленности и широко применяется для всевозможных сооружений (железных дорог, мостов, зданий), деталей машин, приспособлений и т. д.

Влияние примесей на свойства углеродистой стали. Кроме углерода, в углеродистой стали всегда присутствуют другие постоянные примеси — кремний, марганец, сера и фосфор, которые оказывают различное влияние на свойства стали.

Углерод является основной примесью, и в зависимости от его содержания сильно меняются механические свойства стали. Выше (рис. 5) было установлено, что твердость (НВ), предел прочности при растяжении и предел упругости (ауп) непрерывно увеличиваются с повышением содержания углерода до 1,2%; одновременно уменьшается относительное удлинение (б). Это изменение свойств стали связано с изменением количества основных структурных составляющих — феррита и цементита.

Кремний и марганец в указанных пределах существенного влияния на свойства стали не оказывают. С повышением их содержания (для кремния выше 0,8%, для марганца выше 1,0%) наблюдается увеличение твердости и прочности стали. Однако такая сталь уже считается легированной. Марганец и кремний являются хорошими раскислителями стали; кроме того, марганец парализует вредное влияние серы, образуя с ней соединение MnS, частично выделяющееся в шлак.

Сера является вредной примесью. Она не растворяется в железе, как другие примеси, а образует с ним химическое соединение FeS (сернистое железо). Сернистое железо с железом образует эвтектику Fe, имеющую температуру плавления 985°. При затвердевании стали эта эвтектика располагается в виде легкоплавких оболочек вокруг зерен. Наличие этих оболочек является причиной красноломкости (хрупкости при красном калении) стали с повышенным содержанием серы при горячей обработке (ковке, прокатке и т. п.): оболочки расплавляются, в результате чего между зернами теряется связь и образуются трещины.

Кроме того, сера понижает пластичность и прочность стали, а также сопротивление истиранию и коррозионную стойкость.

Фосфор придает стали хладноломкость (хрупкость при обычной температуре). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию (так как его присутствие увеличивает интервал между точками ликвидуса и солидуса) и способствует росту зерна в металле.

Вредное влияние фосфора особенно сказывается при повышенном содержании углерода. Следовательно, чем тверже сталь, тем вреднее для нее фосфор.

Однако в так называемых автоматных сталях (с содержанием углерода до 0,3%) допускается повышенное содержание фосфора (до 0,15%) и серы (до 0,2%) для облегчения снятия стружки и получения гладкой поверхности при обточке на станках, в частности при нарезании резьбы.

Классификация и маркировка углеродистой стали. Углеродистая сталь в зависимости от применения разделяется на конструкционную (мягкая сталь и сталь средней твердости) и инструментальную (твердая сталь).

Конструкционная сталь по ГОСТ разделяется следующим образом:1) сталь углеродистая обыкновенного и повышенного качества, горячекатаная, выплавляемая мартеновским или бессемеровским способом (эта сталь используется для сортового и листового проката, гвоздей, заклепок, болтов, труб и т. д.

2) сталь углеродистая качественная машиностроительная, горячекатаная и кованая, выплавляемая в мартеновских или электрических печах. Эта сталь используется для изготовления более ответственных деталей машин и механизмов.

Сталь повышенного качества и особенно сталь качественная машиностроительная превосходят сталь обыкновенного качества по однородности; они также являются более чистыми по сере и фосфору, по неметаллическим включениям, имеют более суженные пределы содержания марганца, кремния, углерода.

Расстановка букв и цифр для обозначения марки стали такова, что каждый шифр дает возможность определить, к какой группе относится сталь, а для стали обыкновенного качества — и способ производства: бессемеровский — Б, мартеновский — М. Буквы Ст.—сталь — обозначают мартеновскую сталь I группы.

Марки кипящей стали имеют в конце индекс «кп», отсутствие этих букв определяет спокойную сталь. Двузначные цифры в марке стали означают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г — повышенное (около 1%) содержание марганца; цифра 2 после буквы Г указывает, что в стали марганца около 2%.

Для стали, от которой требуются повышенные механические свойства, в маркировку вводится буква а.

Инструментальная сталь выплавляется в мартеновских и электрических печах; применяется для изготовления различных инструментов (режущих, измерительных, ударных и пр.). Инструментальная сталь делится на качественную и высококачественную. Сталь качественная обозначается буквой У и цифрой, указывающей количество углерода в десятых долях процента, например У7, У8 и далее до У13.

Сталь высококачественная инструментальная содержит меньше примесей (серы, фосфора), чем качественная; при ее маркировке добавляют букву А, например У8А.

Выбор марки стали и термическая обработка определяются назначением и характером эксплуатации инструмента.

Реклама:

Структуры сталей. Структуры белого чугуна. Структуры сплавов. Структуры сталей и сплавов. | мтомд.инфо

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.

Маркировка сталей. Маркировка углеродистых сталей. Маркировка легированных сталей. Маркировка инструментальных сталей.

Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены на рисунке 1. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита (рисунке 1, позиция а), при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита (рисунок 1, позиция б), если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.

Компоненты железоуглеродистых сплавов. Фазы железоуглеродистых сплавов.
Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов. Эвтектоидное превращение. Эвтектическое превращение.
Диаграмма железо-углерод. Диаграмма состояния железо-углерод. Диаграмма железо-цементит. Диаграмма состояния железо-цементит.

Рисунок 1 — Микроструктуры технического железа

а – содержание углерода менее 0,006%; б – содержание углерода 0,006…0,02 %

Углеродистые стали — сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита. Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии. Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита.

Углеродистые стали. Марки низкоуглеродистых сталей. Марки высокоуглеродистых сталей. Среднеуглеродистые стали.

Рисунок 2 — Микроструктуры сталей

а – доэвтектоидная сталь (Ф + П); б – эвтектоидная сталь (пластинчатый перлит); в – эвтектоидная сталь (зернистый перлит); г – заэвтектоидная сталь (П + Цп)

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на:

доэвтектоидные (0,02% Рисунок 3 — Микроструктуры белых чугунов

а – доэвтектический белый чугун (П + Л + ЦII); б – эвтектический белый чугун (Л); в – заэвтектический белый чугун (Л + ЦI)

По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на:

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали.

В исходной структуре эв- текгоидной стали не содержится избыточных фаз. В результате этого создаются оптимальные условия для формирования однородной микроструктуры, поскольку фазовые превращения и перераспределение концентрации при лазерной обработке происходят только в пределах перлитных колоний. На формирование структуры в условиях лазерного нагрева кроме превращения перлита в аустенит оказывает влияние растворение избыточного цементита, который может сохраняться до достижения весьма высоких температур.

При лазерной обработке с оплавлением эвтектоидных и заэв- тектоидных углеродистых сталей в зоне оплавления кроме мелкодисперсного мартенсита имеется остаточный аустенит, например, в стали У8 — до 39 %, а в стали У10 — до 45 %. Так как нераство- рившийся цементит в зоне оплавления отсутствует, мартенсит и аустенит в достаточной степени насыщены углеродом. С увеличением содержания углерода микротвердость мартенсита значительно повышается. Так, в сталях с содержанием 1,0. 1,2 % углерода она достигает 12 000. 13 000 МПа. Поэтому микротвердость стали У8 и У10 после лазерного термоупрочнения больше, чем микротвердость стали 45 (рис. 4.16). Следует обратить внимание на то, что увеличение остаточного аустенита в зоне оплавления некоторых сталей может привести к уменьшению микротвердости. Указанное наблюдается, например, при лазерной закалке стали У10 по сравнению со сталью У8. Кроме того, с этим связано снижение микротвердости в зоне оплавления стали У10 по сравнению с зоной закалки из твердой фазы.

В нижней части зоны оплавления на границе с ЗТВ в процессе лазерного нагрева первые порции расплава имеют повышенную концентрацию углерода. После резкого охлаждения в этих микрообъемах возможно образование мелкодисперсных карбидов, входящих в состав эвтектики (ледебурита). В результате этого микротвердость на границе между зоной оплавления и ЗТВ существенно повышается (до 11 400 МПа).

В верхней части ЗТВ цементит полностью или частично растворяется. Поскольку это приводит к насыщению твердого раствора углеродом и формированию повышенного количества остаточ-

Рис. 4.16. Изменение микротвердости по глубине ЗЛВ углеродистых сталей после обработки непрерывным лазером:

1 — сталь 45; 2 — сталь У10; 3 — сталь У8; сплошная вертикальная линия — граница ЗЛВ, штриховая — граница зоны оплавления

ного аустенита, около линии сплавления структура имеет светлый оттенок.

В средней части ЗТВ из-за неполного выравнивания концентрации углерода структура имеет неодинаковую травимость. При высоких скоростях лазерной обработки на месте скопления карбидов обнаруживаются светлые участки, что обусловлено неравномерностью распределения углерода. С уменьшением скоростей обработки концентрации выравниваются и белые участки исчезают.

В нижней части ЗТВ цементит растворен не полностью, остаточного аустенита значительно меньше. Это приводит к тому, что именно эта часть ЗЛВ отличается максимальной твердостью. Микротвердость в ней может возрастать по сравнению с микротвердостью верхней и средней частей ЗТВ до 10 000 МПа. В этой зоне наблюдаются темные участки. Уменьшение скорости обработки или обработка со сканированием приводят к возникновению сплошного темного слоя микротвердостью 3500. 4100 МПа. Очевидно, это троостит, образующийся в результате уменьшения скорости охлаждения. Белые участки с микротвердостью

4800. 5100 МПа являются бейнитом.

На практике заэвтектоидные стали почти всегда применяют после низкого или среднего отпуска. При этом в ЗЛВ отчетливо выявляется третий слой — зона отпуска, представляющая собой троостит или сорбит. В этом слое наблюдается характерное снижение микротвердости до 3000. 4000 МПа; затем при переходе на исходную структуру она повышается.

При выборе режимов лазерного термоупрочнения следует учитывать, что увеличение содержания углерода в металле термообрабатываемых объемов выше 0,6 % приводит к резкому снижению темпа прироста твердости. Оптимальным является создание в нагреваемой зоне условий, при которых карбиды растворяются не полностью, а только в такой степени, чтобы обеспечить получение высокоуглеродистого мартенсита (0,6 % С), но избежать образования повышенного количества остаточного аустенита. Другими словами, заэвтектоидные стали рекомендуется упрочнять, используя режимы, обеспечивающие получение структур с нерастворен- ными карбидами, т.е. процесс лазерной термообработки необходимо проводить с наибольшими скоростями охлаждения. Эффективной для этой цели оказывается импульсная закалка с оплавлением поверхности. При осуществлении такой закалки достигается оптимальное сочетание структурно-концентрационной неоднородности и насыщенности твердого раствора.

При импульсной закалке этих сталей без оплавления поверхности важное значение имеет дисперсность исходной структуры. После обработки отожженных сталей с крупными карбидами наблюдается большая структурно-концентрационная неоднородность, поскольку карбиды растворены в малой степени и мартенсит насыщен углеродом недостаточно. Твердость в ЗЛВ после импульсной закалки невелика. После лазерной обработки предварительно закаленной стали структурно-концентрационная неоднородность в ЗЛВ минимальна, так как карбиды отсутствуют и твердость не достигает своего наибольшего значения. Для получения максимальной твердости в ЗЛВ наиболее подходящей исходной структурой является мелкодисперсная ферритоцементитная смесь: троостит или сорбит.

Структура углеродистых сталей

Сталями называется сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 2,14 % углерода. При содержании углерода до 0,006 % сплавы однофазные и имеют структуру феррита, например, электролитическое железо.

Сплавы, содержащие от 0,006 % до 0,02 % углерода называются техническим железом (рисунок 4.7).

Увеличение содержания углерода вследствие его незначительной растворимости в феррите вызывает появление второй фазы — цементита третичного. При содержании углерода до 0,025 % структурно свободный цементит выделяется, главным образом, по границам зерен феррита. Это существенно понижает пластичность и вязкость стали, особенно, если цементит распола-

гается цепочками или образует сетку вокруг зерен феррита.

При увеличении содержания углерода выше 0,025 % в структуре стали образуется перлит; одновременно еще до 0,10 — 0,15 % С в стали появляются включения структурно свободного (третичного) цементита. С дальнейшим повышением содержания углерода третичный цементит входит в состав перлита.

За превращениями, протекающими в сталях в процессе их нагрева и охлаждения, можно проследить, пользуясь левой частью диаграммы состояния (рисунок 4.6).

По микроструктуре стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные (рисунки 4.8, 4.9, 4.10). Стали с содержанием углерода от 0,02 до 0,8 % называют доэвтектоидными; с содержанием 0,8 % углерода – эвтектоидными; с содержанием от 0,8 % до 2,14 % – заэвтектоидными.

Как следует из диаграммы Fe-Fe₃C, при комнатной температуре в равновесном состоянии микроструктура доэвтектоидной стали состоит из феррита и перлита (рисунок 4.8). Количественное соотношение между структурными составляющими (Ф и П) в доэвтектоидных сталях определяется содержанием углерода. Чем ближе содержание углерода к эвтектоидной концентрации, тем больше в структуре перлита.

Микроструктура эвтектоидной стали (0,8 % С) состоит только из перлита (рисунок 4.9). Образуется из аустенита при охлаждении стали У8 (линия PSK). Строение перлита вследствие его значительной дисперсности (мелкозернистости) может быть детально различимо только при сравнительно больших увеличениях (×600).

Микроструктура заэвтектоидной стали (рисунок 4.10) состоит из перлита и вторичного цементита. Образуется у стали У9-У13 из аустенита при охлаждении. Сетка цементита начинает образовываться на линии ES, перлит – на линии PSK. Максимальное количество структурно свободного цементита (

20 %) будет в сплаве с содержанием углерода 2,14 %.

также светлую окраску, необходимо шлиф, протравленный 4 %-ным раство-

ром азотной кислоты, заново перешлифовать, переполировать и заново про-

травить раствором пикрата натрия, который окрашивает цементит в темный

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую перлитом, в связи с тем, что в феррите растворено очень небольшое количество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите.

где С – концентрация углерода в сплаве, в процентах;

П S — видимая часть площади микроструктуры, занимаемая перлитом

По количественному соотношению перлита и феррита, согласно ГОСТ 8233-56 Сталь. Эталоны микроструктуры, ферритно-перлитные структуры классифицируются по десятибальной шкале (таблица 4.1). Оценка производится визуально при 100-кратном увеличении по средней площади, занимаемой перлитом на микрошлифе.

Зависимость механических свойств углеродистых сталей от

Содержания углерода

Изменение содержания углерода вызывает изменения в структуре стали, что, в свою очередь, оказывает определяющее влияние на свойства стали.

В соответствии с диаграммой состояния структура стали в равновесном состоянии представляет собой смесь феррита и цементита, причем количество цементита увеличивается пропорционально содержанию углерода. Феррит малопрочен и пластичен, цементит твёрд и хрупок. Поэтому увеличение цементита приводит к повышению твердости, прочности и снижению пластичности.

оказывает вторичный цементит, образующий хрупкий каркас вокруг зерен

перлита. Под нагрузкой этот каркас преждевременно разрушается, вызывая

снижение прочности, пластичности. Из-за этого заэвтектоидные стали при-

меняют после специального отжига со структурой зернистого перлита, отли-

чающегося от пластинчатого перлита меньшей твердостью и большей пла-

Углерод изменяет технологические свойства стали: обрабатываемость резанием, давлением, свариваемость. Увеличение содержания углерода ведет к снижению обрабатываемости резанием. Лучшей обрабатываемостью резанием обладают стали с содержанием 0,3 — 0,4 % С.

С увеличением содержания углерода снижается технологическая пластичность – способность деформироваться в горячем и, особенно, в холодном состоянии. Для сложной холодной штамповки содержание углерода ограничивается 0,1 %.

Углерод затрудняет свариваемость сталей. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали. Для иллюстрации на рисунке 4.11 приведен график зависимости механических свойств стали от содержания углерода.

Классификация и маркировка углеродистых сталей

Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые до 0,25 % C, среднеуглеродистые (0,3 — 0,6 % C), высокоуглеродистые (более 0,6 % С). По применению углеродистые стали подразделяются на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали классифицируют на стали обык-

новенного качества и качественные.

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст, после которых стоит цифра от 0 до 6, обозначающая но-

мер марки стали (с увеличением номера возрастает содержание углерода),

например: Ст1, Ст2, …, Ст6. Чем больше номер, тем выше прочность и твер-

дость, но ниже пластичность (таблица 4.2). Наиболее пластичные и наименее

твердые — Ст0, Ст1, Ст2 — идут на изготовление кровельных листов, крепеж-

ных изделий; наиболее твердая и прочная сталь этой группы — Ст6 применя-

ется, например, в производстве рельсов, рессор. Стали обыкновенного каче-

ства выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, швеллеры и

Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества содержанием вредных примесей и неме-

Качественную сталь маркируют двузначным числом, обозначающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Низкоуглеродистую сталь марок 08, 10, 15, 20, 25 применяют для изготовления метизов и деталей, от которых не требуется высокой прочности. Среднеуглеродистые стали 30, 35, …, 55 отличаются большей прочностью, меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Высокоуглеродистые стали марок 60, 65, …, 85 имеют большую твердость и прочность и применяются для изготовления ответст-

венных деталей машин.

Качественные инструментальные стали маркируют буквой У и цифрой, указывающей на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8 и т.д. Высококачественные инструментальные стали маркируют так же, как и

качественные, но в конце марки ставят букву А: У7А, У8А — У12А.

Порядок выполнения работы

4.8.1 Изучите по диаграмме состояния Fe – Fe3C превращения, проис-

ходящие в железоуглеродистых сплавах при охлаждении.

4.8.2 Ознакомьтесь со структурными составляющими железоуглероди-

стых сплавов. Найдите на диаграмме состояния области существования этих

4.8.3 Получите у лаборанта микрошлифы образцов различных сталей. С помощью металлографического микроскопа изучите структурные

составляющие железоуглеродистых сплавов. Определите вид сплава: сталь

(доэвтектоидная, эвтектоидная, заэвтектоидная).

4.8.4 Зарисуйте все просмотренные структуры с указанием фазовых и

структурных составляющих. Микроструктуры зарисовать в квадратах разме-

ром 50 × 50 мм. Основное при зарисовке микроструктуры – уловить харак-

терные особенности микроструктуры и передать их на рисунке. Нет надобно-

сти передавать на рисунке фотографически точное изображение. Фазы и

структурные составляющие указывать стрелками, на полях писать их наиме-

Содержание отчета

4.9.1 Цель работы.

4.9.2 Краткое описание структурных составляющих железоуглероди-

4.9.3 Рисунок диаграммы состояния Fe – Fe3C.

4.9.4 Схемы и описание микроструктуры сталей и чугунов.

4.9.5 Выводы по работе. В выводах указывается влияние содержания

углерода на структуру и механические свойства; влияние формы графитовых

включений и структуры металлической основы на свойства чугунов.

4.10 Контрольные вопросы

4.10.1 Какие железоуглеродистые сплавы относятся к техническому

железу, сталям и чугунам?

4.10.2 Каковы фазовые и структурные составляющие системы Fe-C?

Характеристика структурных составляющих.

4.10.3 Какая из структур железоуглеродистых сплавов является меха-

нической смесью феррита и цементита?

4.10.4 Что такое ледебурит?

4.10.5 Как классифицируют по структуре стали и чугуны?

Приложение А

Приобретение навыков работы с диаграммой состояния железо-углерод

Сплав содержит 0,7 % углерода. Заданная температура 600 °С.

Лабораторная работа № 5

Упражнения по диаграмме железо-углерод *)

Цель работы

Приобретение навыков работы с диаграммами состояния на примере

Общие сведения

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение состояния сплавов. Свойства сплавов определяются, прежде всего, составом фаз и их количественным соотношением. Сведения о составе и соотношении фазовых составляющих можно получить, анализируя диаграмму состояния. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину кри-

сталлизации любого сплава, формирования его структуры. Диаграмма со-

стояния позволяет оценить свойства сплавов, найти оптимальные параметры

таких технологических процессов как литье, термическая и химико-

термическая обработка, сделать заключение о возможности обработки давле-

Порядок выполнения работы

5.3.1 Получите у преподавателя задание на выполнение работы (на пер-

вом этапе — концентрацию углерода в сплаве, на втором – температуру спла-

5.3.2 Опишите процесс кристаллизации сплава заданного состава (этап

первый). В процессе работы заполните таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Фазовый и структурный состав сплава в температурных

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: