Рыбинская государственная авиационная

Министерство образования Российской Федерации

РЫБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П. А.Соловьева

ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКТИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Выполнил (а) Чернышов А.Л.

(Ф.И.О.)

студент (ка) гр ЗТЭС-19, 1 курса

(Ф.И.О.)

Подпись преподавателя ________

Дата _________________________

Рыбинск

При термической обработке режимы нагрева сталей и чугунов определяются диаграммой Fe — Fe₃C. Эта диаграмма, построенная для бесконечно большого количества сплавов, описывает их структуры в равновесном состоянии, т. е. полученные в результате весьма медленных нагрева и охлаждения. Таким образом, она не учитывает скоростей нагрева, а главное охлаждения, которые весьма существенно влияют на структуру и свойства сплавов системы Fe — Fe₃C.

Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения, описываются диаграммой изотермического превращения аустенита. Эта диаграмма строится в координатах время (т или lgx) — температура (t) для сплава (стали) одного конкретного состава. Таким образом, для каждой стали эта диаграмма имеет свой вид.

Рассмотрим превращения при охлаждении с различными скоростями на примере эвтектоидной (0,8 % С) стали (рис.). В зависимости от скорости охлаждения меняется механизм структурных превращений. Превращения можно разделить на перлитное, бейнитное и мартенситное.

П ри небольшой степени переохлаждения (ниже точки А) параметры кристаллизации (число центров кристаллизации и скорость их роста) низкие, поэтому превращение начинается через достаточно длительное время. Такой же эффект будет и при большой степени переохлаждения. Это означает, что наибольшая скорость кристаллизации, т. е. превращения А —> П, будет достигнута при некоторых промежуточных (средних) степенях переохлаждения. Таким образом, кривая начала распада (кривая а на рис.) должна иметь минимум по координате время — быть С-образной.

Рис. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали (0,8 % С)

Действительно, при температуре ~ 550 °С достигается наименьшая устойчивость переохлажденного аустенита. При этой температуре время существования переохлажденного аустенита минимально (рис.), для углеродистых сталей — 1.. .2 с. Аналогичный вид имеет кривая конца превращений (кривая 6 на рис.). Форма этих кривых определила второе название диаграммы изотермического превращения — «С-образная диаграмма».

В области левее первой кривой а находится переохлажденный аустенит. Он претерпевает распад между кривыми начала и конца превращения (кривые а и б, они ограничивают область существования трех фаз — аустенита, феррита и цементита, область III на рис.). При превращении аустенита в перлит происходят как диффузионные, так и бездиффузионные процессы. Диффузионные процессы заключаются, во-первых, в выделении из аустенита кристаллов цементита и, во-вторых, в их росте. Вследствие выделения цементита из аустенита концентрация углерода в нем снижается (А₀,в —^> Ао,ог)>

При содержании углерода в аустените, равном 0,02 %, что соответствует максимальной растворимости углерода в феррите при 727 °С (точка Р на диаграмме Fe — Fe₃C, см. рис. 10.1), происходит бездиффузионное превращение аустенита в феррит (Ао 02 — Фо 02) с изменение кристаллической решетки ГЦК на ОЦК.

Меняя скорость охлаждения, т. е. степень переохлаждения, можно влиять на диффузионные процессы, которые развиваются во времени, но нельзя управлять бездиффузионными процессами, происходящими с очень большой скоростью, практически мгновенно.

Подавление в большей или меньшей степени второй стадии диффузионного процесса — роста (коагуляции) кристаллов цементита — позволяет получить структуры с разными размерами этих кристаллов (разной дисперсности). Таким образом, структура и свойства продуктов распада аустенита зависят от температуры превращения.

В случае, если превращение происходит при высоких температурах (низкая скорость охлаждения, малая степень переохлаждения — прямая 1, рис.), получается грубая смесь феррита и цементита (его кристаллы успели вырасти), которая называется перлитом. Эта структура является равновесной, именно она описывается диаграммой Fe — Fe₃C.

Понижение температуры превращения (ускорение охлаждения — меньшая степень роста кристаллов цементита; прямая 2, рис.) вызывает образование смеси более тонкого строения, которая получила название сорбит.

При еще более низкой температуре превращения образуется троостит — структура более дисперсная (прямая 3, рис.).

Твердость и прочность феррито-цементитных смесей тем выше, чем тоньше строение цементита, чем дисперснее структура. Так, для стали с 0,8 % С твердость перлита, сорбита и троостита составляет примерно 200, 300,400 НВ, соответственно.