Тепловое расширение металла
Опубликовано: 01.04.2017
Нагревание.
1-ое перевоплощение при нагревании стали происходит при температуре около 727°С (см. набросок 2.10, линия РSК)–это перевоплощение феррито-цементитной консистенции (перлит) в аустенит –жесткий раствор внедрения углерода в γ-железо.
Тепловое расширение металла
Температура перевоплощения перлит–аустенит (П–А) (1-ая критичная точка) обозначается Ас1, (набросок 2.11). При этой температуре, вследствие аллотропического перевоплощения α-железа в γ-железо, появляется более сбалансированная, чем перлит, фаза аустенита. В ней растворяется весь находившийся в перлите углерод.
Таким макаром, при нагревании стали до температуры, соответственной точке Ас1, после определенной выдержки сталь приобретает сбалансированный двухфазный состав:
Ф + П → А + Ф,(доэвтектоидная сталь) либо
П + Ц → А + Ц(заэвтектоидная сталь)
При всем этом в феррите содержится около 0,02 %С (точка Р), в аустените – 0,8 %С (точка S), в цементите – 6,67 %С.
При предстоящем повышении температуры поддержание равновесия меж образовавшимися фазами обеспечивается диффузионными переменами их хим состава. Так, в доэвтектоидных сталях составы феррита и аустенита меняются соответственно по линиям РG и SG (т. е. в их практически происходит растворение феррита в аустените).
В заэвтектоидных сталях равновесие меж аустенитом и цементитом с ростом температуры поддерживается за счет
растворения цементита в аустените, Набросок 2.11 Часть диаграммы Fe-C
приводящего к обогащению аустенита
углеродом (прямо до 2,14% С в точке Е) и уменьшению количества цементита.
На линиях SG и SE находятся критичные температуры, при которых сталь приобретает сбалансированную однофазовую структуру аустенита. Точки, лежащие на полосы SG, принято обозначать Ас3, а на полосы SE – Аст. Перевоплощение перлита в аустенит – кристаллизационный процесс, который протекает в итоге образования эмбрионов аустенита и следующего их роста. При предстоящем нагревании доэвтектоидных сталей, начиная с температур, соответственных Ас3 + (30 – 50)°С, наблюдается приметный рост зерна аустенита, приводящий к понижению прочности термически обработанной стали. В заэвтектоидных сталях это неблагоприятное явление происходит, начиная с температур, соответственных Ас1 + (30 – 50)°С.
Остывание. хлаждение.
В согласовании с режимом термообработки после нагревания и выдерж-ки стали при данной (зависящей от содержания углерода) температуре следует процесс остывания аустенита. По достижении определенной температуры (точки на полосы SG) аустенит доэвтектоидной стали начнет распадаться (А → Ф + А), и сталь опять будет состоять из 2-ух фаз (Ф + А). Данный процесс протекает сбалансированно, если их хим состав меняется соответственно по линиям РG и SG.
Достигаемая при охлаждении критичная температура, соответственная началу выпадения феррита из аустенита, находится в зависимости от содержания в стали углерода.
Когда температура достигнет изотермы РSК, сбалансированный фазовый состав стали будет представлен ферритом и аустенитом, содержащими соответственно 0,02 и 0,8 %С.
При температуре ниже 727°С аустенит преобразуется в перлит. Таким макаром, при неспешном охлаждении, выходит начальный структурно-фазовый состав доэвтектоидной стали: Ф + П.
Аустенит заэвтектоидной стали после неспешного остывания преобразуется в начальную смесь перлита и цементита (П + Ц).
При всем этом, начиная с температур, соответственных полосы SЕ, из него будет выделяться лишний углерод в виде вторичного цементита, а при температуре 727°С сталь приобретает начальную сбалансированную заэвтектоидную структуру: П + Ц.
Сплав с таковой сбалансированной структурой имеет низкие прочностные характеристики. Это обосновано тем, что при довольно неспешном охлаждении в доэвтектоидной стали формируются достаточно большие зерна лишнего феррита.
Если же сталь стремительно переохладить из аустенитного состояния до температуры Аr1 (то же, что температура Ас1 при нагревании, т.е.727°С), то аустенит будет претерпевать перевоплощение. Так, эвтектоидная сталь будет представлена образованием узкой механической консистенции феррита и цементита, т. е. фазы, очень отличающейся по концентрации углерода. При температурах, близких к Аr1, пластинки из феррита и цементита вырастают, среднее значение толщины Δ 2-ух смежных пластинок (феррита и цементита) достигнет 0,6 – 1,0мкм. Такую структуру именуютпластинчатым перлитом.
При переохлаждении в 100 – 120°С пластинки феррита и цементита увеличатся только до толщины в 0,25 – 0,30мкм. Такую структуру именуют сорбитом.
Если переохлаждение достигнет 180 – 200°С, рост пластинок остановится в самом начале и составит 0,1–Δ–0,15мкм. Такую структуру именуют трооститом.
Таким макаром, структуры диффузионной перекристаллизации аустенита – перлит, сорбит и троостит – являются пластинчатыми ферритно-цементитными структурами и различаются только по степени дисперсности пластинок.
Механические характеристики пластинчатых структур эвтектоидного типа: