Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим процессы вторичной кристаллизации стали. Для наглядности выделим отдельно левую часть диаграммы (рис. 35), которая охватывает область стали (рис. 37).
Из предыдущего известно, что первичная структура стали состоит из зерен аустенита. Она сохраняется до линии GSE. Указанная линия соответствует температурам, при которых начинается вторичная кристаллизация сталей различного состава.
Линия PSK показывает температуру, при которой завершаются процессы вторичной кристаллизации сталей. Для сталей, представленных на диаграмме, эта температура равна 723°. При температурах ниже указанной существенных превращений в своем строении стали не испытывают. Линия PSK называется эвтектоидной линией. Следовательно, структура, полученная при температуре 723°, сохраняется при дальнейшем охлаждении сплава (вплоть до комнатной температуры).
Точка S диаграммы соответствует составу эвтектоида - перлита. Какие же структурные превращения протекают в стали в твердом состоянии? Начнем изучение этих превращений с линии GS.
Точка G показывает превращения в чистом железе. Она соответствует температуре 910°.
Из предыдущего (см. рис. 31) известно, что при этой температуре происходит превращение у-железа в a-железо. У сталей этот процесс также происходит, но ввиду того, что в решетке у-железа имеется то или иное количество углерода, он протекает при более низких
Рис. 37. Вторичная кристаллизация стали.
33
температурах, чем у чистого железа. Кроме того, превращение у-железа в a-железо у сталей происходит не при постоянной температуре, а в интервале температур. Следовательно, линия GS диаграммы показывает для сталей, содержащих до 0,8% углерода, температуры, при которых начинается превращение аустенита в феррит (так как у стали мы имеем не чистое у-железо, а твердый раствор углерода в у-железе, т. е. аустенит). На примере стали, содержащей 0,6% углерода, рассмотрим более подробно процесс вторичной кристаллизации сталей этой группы. Указанная сталь будет сохранять первичную структуру аустенита до температуры 115° (точка 1 на рис. 38). При температуре 775° в стали начинается аллотропическое превращение, т. е. переход аустенита в феррит. Так как в феррите содержится ничтожное количество углерода, то его концентрация в оставшемся аустените будет постепенно, по мере выделения феррита, увеличиваться (количество железа в аустените становится всё меньше, а количество углерода почти не изменяется). Когда в результате образования феррита концентрация углерода в оставшемся аустените достигнет 0,8%, то при температуре 723° (точка 2) произойдет распад аустенита на равномерную механическую смесь феррита и цементита, которая называется перлитом. Схема структурных превращений рассмотренной стали показана на рис. 38, где: 1 — первичная структура— зёрна аустенита; 2 — структура при температуре 770° — феррит и аустенит (жирными линиями изображены границы зерен феррита); 3 — структура при температуре 730°—феррит и аустенит (феррита значительно больше, чем при температуре 770°); 4 — структура при температурах ниже 723° — феррит и перлит. Таким образом, в интервале температур 775—723° структура стали, содержащей 0,6% углерода, будет состоять из феррита и аустенита, а при температурах ниже 723° — из феррита и перлита. Эта структура сохраняется без значительных изменений при дальнейшем охлаждении вплоть до комнатной температуры. Аналогичные превращения будут происходить у всех сталей, содержащих менее 0,8% углерода. Разница будет лишь в температурах начала превращения аустенита в феррит.
Рис. 38. Схема структурных превращений стали, содержащей 0,6% углерода.
Если сталь содержит 0,8% углерода, то ее вторичная кристаллизация будет протекать при постоянной температуре (723°) и сопровождаться только одним процессом — образованием перлита. Это объясняется тем, что в данном случае содержание углерода в стали соответствует эвтектоидному составу. Процесс вторичной кристаллизации стали, содержащей более 0,8% углерода, представлен на диаграмме (рис. 37) линиями ES и SK. Точка Е показывает максимальное количество углерода, которое может быть растворено в аустените. Линия ES указывает предельную растворимость углерода в аустените при
34
различных температурах. Точка 5 характеризует количество углерода, которое может быть растворено в аустените при температуре 723°. На линии SK заканчивается вторичная кристаллизация сталей, содержащих более 0,8% углерода, с образованием перлита (в результате распада аустенита). На примере стали, содержащей 1,2% углерода, рассмотрим более подробно процессы вторичной кристаллизации стали этой группы.
Сталь, содержащая 1,2% углерода, сохраняет первичную структуру аустенита при охлаждении до температуры 870°. При более низкой температуре аустенит уже не способен растворить 1,2% углерода, поэтому при дальнейшем охлаждении сплава из кристаллической решетки аустенита будет выделяться избыточный углерод в виде цементита. Так как этот цементит выделяется в результате вторичной кристаллизации, то его называют вторичным цементитом и обозначают РезСц. В отличие от первичного цементита, который образуется в процессе первичной кристаллизации чугунов. Вследствие выделения цементита содержание углерода в оставшемся аустените будет непрерывно понижаться и при температуре 723° достигнет 0,8%. При этой температуре произойдет превращение аустенита в перлит. На этом закончится процесс вторичной кристаллизации. Таким образом, рассматриваемая сталь в интервале температур 870—723° имеет структуру аустенита и вторичного цементита, а при температурах ниже 723° будет состоять из перлита и вторичного цементита. Аналогичные превращения в твердом состоянии будут испытывать все стали, содержащие более 0,8% углерода. Разница будет лишь в температурах начала выделения вторичного цементита. Различают три группы сталей в зависимости от содержания в них углерода. Стали, содержащие менее 0,8% углерода, называются доэвтектоидными, содержащие 0,8% углерода
