Материаловедение

Оглавление:

Материаловедение

Здравствуйте, на этой странице я собрала краткий курс лекций по предмету «материаловедение».

Лекции подготовлены для студентов любых специальностей и охватывает полный курс предмета «материаловедение».

Если что-то непонятно, Вы всегда можете написать мне в воцап и я помогу!

Материаловедение (от рус. материал и ведать) — междисциплинарный раздел науки, изучающий изменения свойств материалов как в твёрдом, так и в жидком состоянии в зависимости от некоторых факторов. К изучаемым свойствам относятся: структура веществ, электронные, термические, химические, магнитные, оптические свойства этих веществ. Материаловедение можно отнести к тем разделам физики и химии, которые занимаются изучением свойств материалов. Кроме того, эта наука использует целый ряд методов, позволяющих исследовать структуру материалов. При изготовлении наукоёмких изделий в промышленности, особенно при работе с объектами микро- и наноразмеров необходимо детально знать характеристику, свойства и строение материалов. Решить эти задачи и призвана наука — материаловедение.wikipedia.org/wiki/Материаловедение

Введение в материаловедение

Материаловедение — это наука о связи между составом, структурой и свойствами. материалы и закономерности их изменения во внешних физико-химических условиях последствий.

Все химические материалы разделены на две основные группы — металлический и неметаллический. Металлические включает в себя металлы и их сплавы.

Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов. В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным материалам относятся чугун и сплавы на его основе — сталь и чугун.

Все другие металлы классифицируются как цветные. Чистые металлы имеют низкое содержание механические свойства по сравнению с сплавами, и поэтому их применение ограничено теми случаями, когда необходимо использовать их особые свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не является одинаковым. Самым большим из них является. черные металлы были приобретены для использования в машиностроении. На основе железа производить более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы имеют ряд ценных физических и химических свойств, которые делают их ценными. незаменимый. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют следующие алюминий, медь, магний, титан и др.

Помимо металла, значительное место в промышленности занимает различные неметаллические материалы — пластмассы, керамика, резина и др. Они . производство и применение в настоящее время разрабатываются с опережением графика по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10%) и прогноз 30-ти летней давности о том, что неметаллические материалы значительно выдавливаются к концу века металлическими, не оправдался.

Основные теоретические сведения о теории сплавов.
Фазовый состав сплавов

Сплавами называются вещества, полученные сплавлением или спеканием из двух и более элементов. В сплавах элементы могут по-разному взаимодействовать между собой, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению кристаллические фазы. Фазой называется однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела, имеющая одинаковые состав, строение и свойства. В зависимости от атомно-кристаллической структуры различают твердые растворы и химические соединения.

Твердыми растворами называют кристаллы, в которых сохраняется тип кристаллической решетки элемента-растворителя. Твердые растворы являются кристаллическими фазами переменного состава. Если твердый раствор состоит из двух элементов материаловедение и материаловедение то атомы растворенного элемента материаловедение (или материаловедение) размещаются в кристаллической решетке растворителя — элемента материаловедение (или материаловедение), замещая атомы в узлах решетки или внедряясь между узлами. В первом случае кристаллы называют твердыми растворами замещения, во втором — твердыми растворами внедрения.

Твердые растворы обозначаются буквами греческого алфавита: материаловедение материаловедение и т. д.

Кристаллы, образованные различными элементами, вступившими в химическую связь и имеющие собственный тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток, составляющих их элементов, называются химическими соединениями.

Строение металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, их образующие. Структура характеризует форму, размеры и взаимное расположение фаз в сплаве.

При кристаллизации сплавов могут образоваться однородные твердые растворы, химические соединения и смеси различных фаз. Эти сведения можно получить из анализа диаграмм состояния, изучению которых посвящена эта глава.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состава сплавов данной системы в функции температуры и химического состава сплавов. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы строится в координатах температура — химический состав сплава (рис. 1.1).

материаловедение

В точках материаловедение и материаловедение проходят вертикальные оси, между которыми расположена диаграмма состояния компонентов материаловедение к материаловедение. Точки абсциссы материаловедение соответствуют составам сплавов компонентов материаловедение и материаловедение которые выражаются через содержание одного из компонентов (например, компонента материаловедение). При этом величина отрезка материаловедение принимается за 100% компонента материаловедение (или материаловедение).

Так, сплав материаловедение, указанный на рис. 1.1, содержит материаловедение компонента материаловедение и материаловедение компонента материаловедение.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задачи по материаловедению

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях представлена на рис. 1.2. На диаграмме состояния имеются две линии: материаловедение — линия температур начала кристаллизации (конца плавления) сплавов, или линия ликвидуса а твердого раствора; материаловедение — линия температур конца кристаллизации (начала плавления), или линия солидуса материаловедение твердого раствора. Эти линии делят всю диаграмму состояния на три фазовые области. Выше линии ликвидуса располагается область однофазных жидких растворов, ниже солидуса — область однофазных твердых растворов. Между линиями ликвидуса и солидуса находится двухфазная область материаловедение

материаловедение

Рассмотрим процессы, которые будут происходить в сплаве материаловедение при его равновесном охлаждении (рис. 1.3, а). При охлаждении образца, находящегося в жидком состоянии, до комнатной температуры в сплаве будут наблюдаться две критические точки (материаловедение и материаловедение), соответствующие температурам материаловедение и материаловедение. В исходном состоянии сплав представляет собой жидкий раствор, состав которого соответствует составу сплава. При охлаждении образца сплава до температуры первой критической точки материаловедение сплав будет оставаться однофазным.

При температуре материаловедение из жидкого раствора, состав которого отвечает точке материаловедение, начнут выделяться кристаллы материаловедение твердого раствора, состав которых соответствует точке материаловедение. Произойдет изменение фазового состояния сплава, он станет двухфазным, начнется процесс кристаллизации. Температура материаловедение — температура ликвидуса сплава материаловедение.

Фигуративная точка, отвечающая жидкой фазе, при понижении температуры будет перемещаться от точки материаловедение вниз по кривой ликвидуса, а фигуративная точка, соответствующая материаловедение твердому раствору, — от точки материаловедение вниз по кривой солидуса. При какой-то промежуточной температуре материаловедение составы находящихся в равновесии жидкой и твердой фаз будут описываться фигуративными точками материаловедение и материаловедение, а состояние сплава материаловедение — фигуративной точкой материаловедение. Отрезок материаловедение, соединяющий фигуративные точки равновесных фаз, носит название коноды. Количество каждой из равновесных фаз в рассматриваемом сплаве может быть определено по правилу рычага. Если принять за точку опоры мысленного рычага материаловедение фигуративную точку материаловедение, согласно правилу рычага отношение масс фаз будет обратно отношению отрезков от точки материаловедение до фигуративных точек соответствующих фаз.

Таким образом,

материаловедение

где материаловедение и материаловедение — масса соответственно жидкой и твердой фаз.

материаловедение

Из уравнения (1) следует, что

материаловедение

где материаловедение — масса сплава.

Как видно из этих уравнений, количество той или иной фазы в сплаве может быть выражено в долях или в процентах от массы всего сплава. При этом вся длина коноды материаловедение будет соответствовать массе всего сплава, то есть материаловедение, а отрезки материаловедение и материаловедение — массам материаловедение фазы и жидкой фазы.

Процесс кристаллизации закончится при такой температуре, при которой отрезок коноды между точками, соответствующими кристаллам материаловедение фазы и сплаву, будет равен нулю. Такой температурой будет температура материаловедение. Температура конца кристаллизации сплава материаловедение называется температурой солидуса сплава.

Точки материаловедение и материаловедение будут соответствовать составам последних капель жидкого раствора и кристаллов материаловедение фазы, находящихся в равновесии друг с другом при температуре материаловедение. Следовательно, процесс кристаллизации сплава материаловедение происходит в интервале температур от материаловедение до материаловедение. При этом фигуративная точка жидкого раствора перемещается по кривой ликвидуса от точки материаловедение до точки материаловедение, а фигуративная точка материаловедение твердого раствора — по кривой солидуса от материаловедение до точки материаловедение. Процесс кристаллизации может быть записан в виде реакции

материаловедение

Эта реакция является реакцией кристаллизации сплава.

При охлаждении сплава материаловедение от материаловедение до комнатной температуры в нем никаких фазовых превращений не происходит.

Кривая охлаждения образца сплава материаловедение (рис. 1.3, б) в интервале температур от материаловедение до материаловедение изменяет свой ход, что связано с выделением теплоты кристаллизации. Поэтому по термограммам охлаждения сплава можно определить температуры ликвидуса и солидуса.

Подобные кривые получаются и при термическом анализе других сплавов заданной системы. Различие между кривыми охлаждения различных сплавов заключается лишь в температурах критических точек.

материаловедение

После равновесной кристаллизации структура сплава материаловедение будет состоять из кристаллов материаловедение твердого раствора, состав которых соответствует составу сплава (рис. 1.4).

Возможно эта страница вам будет полезна:

Решение задач по материаловедению

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и ограниченной растворимостью компонентов в твердом состояниях (эвтектический тин)

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и ограниченной растворимостью в твердом состоянии эвтектического типа приведена на рис. 1.5.

материаловедение

материаловедение — линия ликвидуса материаловедение твердого раствора (твердого раствора компонента материаловедение в компоненте материаловедение), материаловедение — линия ликвидуса материаловедение твердого раствора (твердого раствора компонента материаловедение в компоненте материаловедение). материаловедение и материаловедение — это линии солидуса материаловедение и материаловедение твердых растворов соответственно; материаловедение — эвтектическая линия; материаловедение — эвтектическая точка; материаловедение является линией ограниченной растворимости компонента материаловедение в компоненте материаловедение (линией сольвуса материаловедение раствора), a материаловедение — линией ограниченной растворимости компонента материаловедение в компоненте материаловедение (линией сольвуса материаловедение раствора). Эти линии разбивают всю диаграмму состояния системы материаловедение на шесть фазовых областей: три однофазные области материаловедение и три двухфазные области материаловедение. Эвтектическая прямая является по существу седьмой, выродившейся в линию трехфазной областью материаловедение.

Все сплавы системы материаловедение могут быть подразделены на доэвтектические, эвтектический и заэвтектические сплавы. Состав эвтектического сплава соответствует составу точки эвтектики материаловедение. Доэвтектические сплавы находятся в области, расположенной между точками материаловедение и материаловедение, а заэвтектические сплавы — в области между точками материаловедение и материаловедение.

Проанализируем процессы, происходящие при охлаждении эвтектического сплава материаловедение такой системы, в которой величина предельной растворимости как компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе, так и компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе не изменяется при изменении температуры (рис. 1.6, а). Вертикаль, проходящая через точку материаловедение, пересекает линии диаграммы состояния в точке материаловедение.

материаловедение

Следовательно, сплав материаловедение будет иметь одну критическую точку, которой соответствует эвтектическая температура материаловедение. При охлаждении сплава до материаловедение фазовый состав сплава изменяться не будет. Точка материаловедение одновременно принадлежит как кривой ликвидуса материаловедение твердого раствора, так и кривой ликвидуса материаловедение твердого раствора. Жидкий сплав, фигуративная точка которого соответствует точке материаловедение, будет одновременно насыщен как по отношению к кристаллам материаловедение раствора, так и по отношению к кристаллам материаловедение фазы.

Поэтому из этого жидкого раствора в процессе равновесной кристаллизации одновременно будут выделяться как материаловедение, так и материаловедение кристаллы. Получающаяся в результате кристаллизации сплава материаловедение смесь материаловедение и материаловедение кристаллов носит название эвтектической смеси, или эвтектики. Процесс эвтектической кристаллизации может быть записан в виде реакции

материаловедение

При равновесной эвтектической кристаллизации в образце сплава материаловедение в равновесии находятся три фазы: жидкий раствор, кристаллы материаловедение твердого раствора и кристаллы материаловедение твердого раствора, составы которых соответствуют фигуративным точкам материаловедение, материаловедение и материаловедение. После окончания эвтектической кристаллизации структура сплава будет представлять собой эвтектическую смесь кристаллов материаловедение и материаловедение фаз. Соотношение количеств этих фаз в эвтектике

материаловедение

Предельные растворимости компонентов материаловедение и материаловедение в фазах материаловедение, материаловедение при изменении температуры не изменяются, поэтому в процессе охлаждения сплава материаловедение до комнатной температуры составы фаз в сплаве изменяться не будут.

На рис. 1.6, б представлена кривая охлаждения сплава материаловедение. На кривой охлаждения наблюдается горизонтальная площадка, соответствующая эвтектической кристаллизации. Микроструктура эвтектического сплава (рис. 1.7) имеет одну структурную составляющую эвтектику, но фазовых составляющих в структуре сплава материаловедение будет две. Это эвтектические кристаллы материаловедение твердого раствора и эвтектические кристаллы материаловедение твердого раствора.

материаловедение

Рассмотрим процессы, происходящие при охлаждении образца до-эвтектического сплава материаловедение такой системы, в которой предельная растворимость компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе и предельная растворимость компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе уменьшаются с понижением температуры (рис. 1.8). Вертикаль сплава материаловедение пересекает в точках 1 и 2 две линии диаграммы состояния. В интервале температур от материаловедение до материаловедение происходит кристаллизация твердого раствора:

материаловедение

Кристаллы материаловедение фазы, выделяющиеся в эту стадию кристаллизации, называются первичными. В конечный момент кристаллизации фигуративная точка первичных кристаллов оказывается в точке материаловедение, а фигуративная точка жидкого раствора в точке материаловедение.

При температуре материаловедение жидкий раствор кристаллизуется в виде эвтектики

материаловедение

Таким образом, кристаллизация сплава материаловедение происходит в две стадии. Поэтому после эвтектической кристаллизации при температуре материаловедение структура сплава будет состоять из двух структурных составляющих: первичных кристаллов материаловедение твердого раствора и эвтектики материаловедение. Фазовых составляющих в структуре сплава материаловедение после кристаллизации эвтектики будет также две. Это кристаллы материаловедение и материаловедение фаз.

В результате того, что предельная растворимость компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе уменьшается с понижением температуры, в процессе охлаждения будет происходить распад материаловедение твердого раствора с выделением вторичных материаловедение кристаллов. При этом фигуративная точка материаловедение кристаллов будет перемещаться по кривой материаловедение, а материаловедение кристаллов — по кривой материаловедение.

Этот процесс может быть записан в виде реакции

материаловедение

В результате этого процесса в кристаллах а фазы появятся мелкие вторичные кристаллы материаловедение фазы. С понижением температур предельная растворимость компонента материаловедение в материаловедение твердом растворе также уменьшается, поэтому аналогичный процесс будет происходить и в кристаллах материаловедение фазы:

материаловедение

Реакции (2) и (3) могут быть объединены, так как они протекают одновременно:

материаловедение

В результате этих процессов появляются вторичные кристаллы в первичных кристаллах материаловедение фазы и в кристаллах материаловедение и материаловедение фаз эвтектики. Однако выделения вторичных кристаллов в эвтектике не заметно, так как сама эвтектика на шлифе выглядит как достаточно дисперсная смесь двух видов кристаллов.

Поэтому вторичные кристаллы заметны только в первичных кристаллах а твердого раствора. Кривая охлаждения материаловедение приведена на рис. 1.8, б. В структуре сплава материаловедение (рис. 1.9, а) наблюдаются следующие структурные составляющие: первичные кристаллы материаловедение твердого раствора с выделением вторичных материаловедение кристаллов и материаловедение эвтектика. В структуре будут две фазовые составляющие: кристаллы материаловедение и материаловедение фаз, состав которых соответствует фигуративным точкам материаловедение и материаловедение.

Заэвтектический сплав материаловедение также имеет две критические точки (точки 3 и 4). При охлаждении сплава материаловедение:

материаловедение
материаловедение

Согласно указанным выше формулам, процесс кристаллизации этого сплава происходит в две стадии и в структуре сплава будут следующие структурные составляющие: первичные кристаллы материаловедение фазы с включениями вторичных материаловедение кристаллов и эвтектика (рис. 1.9, б).

материаловедение

Кривая охлаждения сплава материаловедение приведена на рис. 1.8, б. В других до- и заэвтектических сплавах при их охлаждении из жидкого состояния будут происходить процессы, аналогичные рассмотренным выше сплавам материаловедение и материаловедение.

Рассмотрим процессы, происходящие при равновесом охлаждении образца сплава материаловедение (рис. 1.10). Вертикаль сплава пересекает три линии диаграммы состояния в точках 5, 6 и 7. Поэтому при охлаждении сплава материаловедение будут наблюдаться три критические точки (материаловедение и материаловедение):

материаловедение

Стадии охлаждения до температуры материаловедение аналогичны стадиям охлаждения и кристаллизации сплавов типа твердых растворов. При температуре материаловедение фигуративная точка сплава оказывается на кривой сольвуса материаловедение твердого раствора. Поэтому материаловедение твердый раствор будет насыщенным относительно кристаллов материаловедение фазы и при дальнейшем охлаждении из кристаллов материаловедение фазы будут выделяться вторичные кристаллы материаловедение фазы.

материаловедение

Эти кристаллы материаловедение фазы образуются как по границам, так и внутри материаловедение кристаллов. На рис. 1.11 приведена структура образца сплава материаловедение, а на рис. 1.10, б — кривая его охлаждения. Структура сплава материаловедение состоит из кристаллов материаловедение раствора, содержащих включения вторичных кристаллов материаловедение твердого раствора. В структуре сплава материаловедение будут фазовые составляющие: кристаллы материаловедение и материаловедение фаз.

материаловедение

Возможно эта страница вам будет полезна:

Примеры решения задач по материаловедению

Железоуглеродистые сплавы

Основные теоретические сведения

Несмотря на то, что железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун, как правило, содержат некоторые примеси (кремний, марганец, серу, фосфор, кислород, азот и др.), т. е. практически являются многокомпонентными, однако основными составляющими, определяющими структуру и свойства, являются железо и углерод и условно их можно рассматривать как двойные. Сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Поэтому среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы железо — цементит материаловедение, которая показывает фазовый состав и структуру железоуглеродистых сплавов.

Компоненты в сплавах железа с углеродом

Железо. Железо находится в периодической системе Д. И. Менделеева в IV периоде, в восьмой группе (порядковый номер 26).

Температура плавления чистого железа равна материаловедение, кипения — материаловедение. Плотность — материаловедение, атомный вес — материаловедение. Железо имеет две полиморфные модификации материаловедение и материаловедение. Кристаллическая решетка материаловедение — ОЦК (объемноцентрированная кубическая); материаловедение — ГЦК (гранецентрированная кубическая). Полиморфное превращение сопровождается изменением объема, поскольку переход материаловедение связан с уменьшением компактности решетки. Различие объемов составляет около материаловедение.

Углерод является вторым основным компонентом железоуглеродистых сплавов. Углерод неметаллический элемент II периода, четвертой группы. Он занимает шестое место в периодической системе Д. И. Менделеева. Обладает относительно малой плотностью материаловедение, температура плавления около материаловедение. Углерод полиморфен. В обычных условиях углерод находится в виде графита с гексагональной слоистой решеткой. Метастабильная модификация углерода (алмаз) имеет кубическую решетку.

Диаграмма состояния железо-углерод должна, очевидно, охватывать все сплавы от материаловедение до материаловедение углерода. Однако, как правило, приводится небольшой участок системы от железа до ближайшего химического соединения материаловедение. Это обусловлено тем, что практически применяются сплавы железа с углеродом с содержанием углерода не более материаловедение.

Фазы в сплавах железа с углеродом

В сплавах системы материаловедение встречаются следующие фазы: жидкий раствор, твердые растворы на основе различных кристаллических модификаций железа, химическое соединение карбид железа материаловедение (цементит). На рис. 2.1 представлена диаграмма состояния железо-цементит в фазовом виде (упрощенный вид).

Жидкая фаза представляет собой неограниченный раствор железа и углерода, распространяющийся выше линии ликвидус материаловедение — от материаловедение до материаловедение.

материаловедение

Твердые растворы. В данной системе имеются твердые растворы железа с углеродом на основе двух кристаллических модификаций железа. Они являются твердыми растворами внедрения, т. е. атомы железа занимают узлы пространственной решетки, а атомы углерода размещаются в междоузлиях.

Твердый раствор углерода в материаловедение-железе называется ферритом (обозначают Ф). В феррите сохраняется кристаллическая решетка материаловедение-железа — объемно-центрированный куб. Феррит занимает на диаграмме узкую область, примыкающую к железу материаловедение. Максимальная растворимость углерода в нем не более материаловедение при температуре материаловедение Твердость феррита около материаловедение, предел прочности материаловедение; относительное удлинение материаловедение до материаловедение, а поперечное сужение материаловедение до материаловедение. До температуры материаловедение феррит ферромагнитен, выше — парамагнитен.

Значительно большую область на диаграмме железо-углерод занимает твердый раствор углерода в материаловедение-железе с гранецентрирован-ной кубической решеткой, который называется аустенитом (обозначается материаловедение). В аустените предел растворимости углерода достигает материаловедение при температуре материаловедение. Твердость его равна материаловедение. Аустенит обладает малой склонностью к хрупкому разрушению.

Цементит (обозначают Ц) — карбид железа материаловедение (химическое соединение железа с углеродом) содержит материаловедение, обладает сложной ромбической решеткой. В решетке цементита реализуются связи как ковалентные, так и металлического типа. Цементит имеет высокую твердость материаловедение. Температура плавления цементита при нагреве лазерным лучом равна материаловедение.

Линии и точки диаграммы материаловедение

Все линии делят поле диаграммы на области равновесного нахождения фаз: линия ликвидус — начало затвердения при охлаждении или конец плавления при нагревании; линия солидус — конец затвердевания при охлаждении и начало плавления при нагревании; линии превращения в твердом состоянии.

В табл. 2.1 приведены основные характеристики линий диаграммы.

материаловедение

Концентрация углерода в характерных точках диаграммы приводится в табл. 2.2.

материаловедение

Горизонтальные линии диаграммы материаловедение

В системе железо — цементит происходят изотермические превращения: эвтектическое и эвтектоидное.

В табл. 2.3 приведены линии изотермических превращений.

Принято температуры равновесных превращений, совершающихся в железе и в сталях в твердом состоянии, обозначать буквой материаловедение с соответствующим индексом.

материаловедение

Эвтектоидную температуру (линия материаловедение) обозначают материаловедение, температуру магнитного превращения (линия материаловедение) — материаловедение, температуру линии материаловедение, температуру линии материаловедение.

Вследствие гистерезиса, температуры превращений при нагреве всегда выше соответствующих температур при охлаждении, поэтому введена дополнительная индексация: при нагреве — индекс материаловедение, при охлаждении — индекс материаловедение.

Кристаллизации и формирование структуры сплавов

Сталями называются железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до материаловедение. Сплавы с большим содержанием углерода (материаловедение до материаловедение) называются чугунами. Границей между сталями и чугунами принято считать проекцию точки материаловедение, т. е. точки максимального насыщения аустенита углеродом, от которой начинается линия эвтектического равновесия. В результате первичной кристаллизации стали образуется аустенит (линия материаловедение).

В отличии от сталей структура чугуна характеризуется наличием эвтектики, которая состоит из аустенита и цементита.

Первичная кристаллизация стали. На рис. 2.2 показан верхний участок упрощенной диаграммы материаловедение.

В сталях из жидкой фазы кристаллизуется аустенит. Состав жидкой фазы меняется по проекции линии материаловедение на ось концентраций, твердой фазы по проекции линии материаловедение.

Превращения в твердом состоянии. Окончательное формирование структуры стали происходит в результате превращений аустенита при дальнейшем охлаждении. Основой этого превращения является полиморфизм, связанный с перегруппировкой атомов из ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита, а также изменение растворимости углерода по линии материаловедение в аустените и материаловедение в феррите.

материаловедение

В сплавах с содержанием от материаловедение до материаловедение вторичные превращения начинаются при температурах, соответствующих линиям материаловедение и материаловедение и заканчиваются при температуре ниже материаловедение и линии материаловедение, в результате эвтектоидной реакции.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Методические указания по материаловедению

Сплавы с содержанием углерода менее материаловедение не испытывают эвтектоидного превращения. Распад аустенита при эвтектоидном превращении проходит с образованием феррита и цементита при переохлаждении ниже материаловедение:

материаловедение

Эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом (обозначается П).

Рассмотрим структурообразование нескольких групп сплавов. На рис. 2.3 приведена левая нижняя часть диаграммы состояния железо-цементит с кривыми охлаждения типичных сплавов и микроструктурой.

Техническое железо (сплавы, содержание углерода в которых не превышает материаловедение — на примере сплава I). До температуры несколько ниже материаловедение (линия материаловедение) аустенит охлаждается без изменения состава. В интервале материаловедение происходит полиморфное материаловедение превращение. На стыках и границах зерен аустенита возникают зародыши феррита, которые растут и развиваются за счет атомов аустенитной фазы. Ниже температуры материаловедение сплав состоит из однородного a-твердого раствора -феррита. При дальнейшем охлаждении никаких превращений не происходит (рис. 2.3, б).

Техническое железо (сплавы с содержанием углерода от материаловедение до материаловедение (сплав II рис. 2.3, в). Так же как и в предыдущем сплаве в интервале температур материаловедение происходит полиморфное материаловедение превращение. Ниже материаловедение в сплаве имеется ферритная фаза. Однако ниже температуры материаловедение изменение состава феррита, согласно предельной растворимости углерода в феррите по линии материаловедение, приводит к образованию более высокоуглеродистой фазы, цементита. Этот цементит называется третичным. Как правило, третичный цементит располагается по границам ферритных зерен (рис. 2.3, в). Максимальное количество третичного цементита составляет около материаловедение.

Сталь эвтектоидного состава — содержание углерода материаловедение (рис. 2.3, д, сплав IV).

В этом случае при охлаждении аустенита имеется только одна критическая точка материаловедение, отвечающая температуре материаловедение. При этой температуре аустенит находится в равновесии с ферритом и цементитом:

материаловедение

Эвтектоидный распад аустенита состава точки материаловедение на феррит состава точки материаловедение и цементит происходит при некотором переохлаждении, т. е. ниже материаловедение. Эвтектоидная смесь феррита с цементитом называется перлитом. Соотношение феррита и цементита в перлите составляет примерно материаловедение.

Доэвтектоидные стали. Сплавы с содержанием углерода от материаловедение до материаловедение называются доэвтектоидными сталями. Рассмотрим фазовые и структурные изменения доэвтектоидной стали на примере сплава Ш (рис. 2.3, г). В интервале температур материаловедение идет полиморфное превращение материаловедение. Состав аустенита меняется по линии материаловедение, а феррита — по линии материаловедение. При материаловедение концентрация углерода в аустените равна материаловедение (точка материаловедение) и в феррите — материаловедение (точка материаловедение).

Ниже этой температуры происходит эвтектоидное превращение. В равновесии находятся три фазы: феррит состава точки материаловедение, аустенит состава точки материаловедение, цементит. На кривых охлаждения или нагрева наблюдается температурная остановка. Таким образом, структура доэвтектоидной стали характеризуется избыточными кристаллами феррита и эвтектоидной смесью феррита с цементитом, называемой перлитом. Количественные соотношения феррита и перлита зависят от состава сплава. Чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем больше в структуре ее перлита и, наоборот, чем меньше углерода, тем больше феррита и меньше перлита. При дальнейшем охлаждении в результате изменения растворимости углерода в феррите (соответственно линии материаловедение) выделяется третичный цементит. Однако в структуре обнаружить его при наличии перлита невозможно.

Заэвтектоидные стали

Сплавы с содержанием углерода от материаловедение до материаловедение называются заэвтектоидными. Процессы структурообра-зования рассмотрим на примере сплава материаловедение (рис. 2.3, е). До температуры материаловедение (линия материаловедение) аустенит охлаждается без изменения состава. Несколько ниже этой температуры аустенит достигает предельного насыщения углеродом согласно линии растворимости углерода в аустените материаловедение. В интервале температур материаловедение из пересыщенного аустенита выделяется высокоуглеродистая фаза — цементит, который называется вторичным. Состав аустенита меняется по линии материаловедение и при температуре материаловедение достигает точки материаловедение.

Ниже материаловедение происходит эвтектоидное превращение: аустенит состава точки материаловедение распадается на смесь феррита состава точки материаловедение и цементита. Таким образом, структура заэвтектоидной стали характеризуется зернами перлита и вторичного цементита. При медленном охлаждении цементит, как правило, располагается в виде тонкой оболочки вокруг перлитных зерен.

Чугуны

Все превращения в белых чугунах, начиная от затвердевания и до комнатных температур, полностью проходят по метаста-бильной диаграмме материаловедение. Наличие цементита придает излому светлый блестящий цвет, что привело к термину «белый чугун». Независимо от состава сплава обязательной структурной составляющей белого чугуна является цементитная эвтектика {ледебурит). На рис. 2.4 изображена структурная диаграмма равновесия железо — цементит и кривые охлаждения типичных сплавов.

Эвтектический белый чугун

Рассмотрим процессы затвердевания, формирования первичной структуры и дальнейших структурных превращений в твердом состоянии сплава эвтектического состава с материаловедение (сплав I, рис. 2.4).

Затвердевание происходит в один этап при температуре ниже материаловедение. Жидкая фаза с материаловедение образует эвтектическую структуру: смесь аустенита с материаловедение С и цементита. Эта эвтектика называется ледебуритом. При эвтектической реакции содержание углерода в аустените максимально (материаловедение).

Превращения в твердом состоянии

Окончательное формирование структуры стали происходит в результате превращений аустенита при дальнейшем охлаждении.

Дальнейшее охлаждение от температуры материаловедение до материаловедение приводит к непрерывному уменьшению в нем углерода согласно линии ограниченной растворимости материаловедение. Углерод выделяется из аустенита в виде цементита, который называется вторичным цементитом (Цп). Однако он, как правило, не обнаруживается, т. к. присоединяется к эвтектическому цементиту. Ниже температуры материаловедение аустенит эвтектики состава (материаловедение) претерпевает эвтектоидное превращение

материаловедение

т. е. образуется перлит.

Таким образом, ниже материаловедение ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита. Такой ледебурит называется превращенным. При охлаждении до комнатной температуры в результате изменения растворимости углерода в феррите (линия материаловедение) выделяется третичный цементит. Однако в структуре он не обнаруживается. На рис. 2.4, б показана структура белого чугуна эвтектического состава. Она представляет собой одну эвтектику — ледебурит. Темные участки (зернышки и пластинки) отвечают перлитным включениям, равномерно распределенным на светлом фоне цементита.

Доэвтектические белые чугуны

Железоуглеродистые сплавы состава материаловедение называются доэвтектическими белыми чугунами. Рассмотрим процесс кристаллизации и вторичных превращений на примере сплава П (рис.2.4, в). От температуры несколько ниже линии ликвидус материаловедение до материаловедение из жидкости выделяются кристаллы аустенита.

Аустенит кристаллизуется в форме дендритов, которые, как правило, обладают химической неоднородностью, называемой дендритной ликвацией. Состав жидкой фазы меняется по линии ликвидус, стремясь к эвтектическому, а твердой — по линии солидус, стремясь к составу точки материаловедение. При температуре материаловедение концентрация жидкой фазы достигает точки материаловедение, а аустенита — точки материаловедение. Из жидкости эвтектического состава образуется смесь аустенита и цементита — ледебурит материаловедение.

материаловедение

Таким образом, ниже эвтектической линии материаловедение структура характеризуется избыточными кристаллами аустенита и эвтектикой (ледебуритом). При охлаждении от материаловедение до материаловедение состав аустенита непрерывно меняется по линии материаловедение, при этом выделяется цементит вторичный (Цп).

Вторичный цементит выделяется как из избыточного аустенита, так и из аустенита эвтектики. Однако, если вторичный цементит, выделяющийся из аустенита эвтектики, присоединяется к эвтектическому цементиту, то из избыточного аустенита он выделяется в виде оболочек вокруг дендритов аустенита и представляет собой самостоятельную структурную составляющую.

материаловедение

Однако, если вторичный цементит, выделяющийся из аустенита эвтектики, присоединяется к эвтектическому цементиту, то из избыточного аустенита он выделяется в виде оболочек вокруг дендритов аустенита и представляет собой самостоятельную структурную составляющую.

Ниже материаловедение весь аустенит — и избыточный, и тот, который входит в состав эвтектики, претерпевает эвтектоидное превращение, при котором образуется перлит. Таким образом, ниже материаловедение структура до-эвтектического белого чугуна характеризуется следующими структурными составляющими: избыточным перлитом (бывшим аустенитом), ледебуритом превращенным, состоящим из перлита и цементита, и цементитом вторичным. Структура реального доэвтектического белого чугуна изображена на рис. 2.4, в. Чем ближе состав сплава к эвтектическому, тем больше в нем эвтектики — ледебурита.

Заэвтектический белый чугун

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от материаловедение до материаловедение (сплав материаловедение) называются заэв-тектическими белыми чугунами. Кристаллизация начинается при температуре материаловедение несколько ниже линии материаловедение выпадением цементита, который называется цементитом первичным (материаловедение). Состав жидкой фазы меняется по линии материаловедение, твердая — остается без изменения. При температуре материаловедение заканчивается кристаллизация избыточных кристаллов материаловедение. Жидкость состава точки материаловедение, согласно эвтектической реакции, образует ледебурит. При дальнейшем охлаждении изменение состава аустенита по линии материаловедение приводит к выделению цементита вторичного (материаловедение), который присоединяется к эвтектическому.

Температура материаловедение является температурой эвтектоидного равновесия аустенита, феррита и цементита. Ниже этой температуры аустенит превращается в перлит.

Таким образом, ниже материаловедение структура заэвтектического белого чугуна характеризуется избыточными кристаллами цементита первичного (белые пластины) и превращенным ледебуритом, состоящим из темных полосок или зернышек перлита и светлой основы — цементита. На рис. 2.4, г изображена кривая охлаждения и структура белого заэвтектического чугуна.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Учебник по материаловедению

Термическая обработка углеродистых сталей

Основные теоретические сведения

Термическую обработку стали можно определить как процесс теплового воздействия на сталь, направленный на изменение ее структуры и свойств.

Режимы термической обработки сталей связаны с критическими точками, точками фазовых превращений в сталях. Температуру, соответствующую линии материаловедение на диаграмме состояния материаловедение, обозначают точкой материаловедение. Температуры, соответствующие линии материаловедение, обозначают точкой материаловедение, а линии материаловедение — точкой материаловедение.

Из-за теплового гистерезиса превращения при нагреве стали начинаются при температурах выше точек материаловедение, а при охлаждении -ниже этих точек. Для обозначения температур превращения при нагревании у буквы материаловедение внизу ставят индекс материаловедение, а при охлаждении — материаловедение (например, материаловедение).

Структура термически обработанной стали данного состава, а следовательно и ее свойства, определяется тремя основными факторами — температурой нагрева, временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Любой процесс термической обработки можно изобразить в виде графика (рис. 3.1), на котором по оси ординат указывают температуру, а по оси абсцисс — время.

материаловедение

Термическую обработку можно разделить на несколько основных видов, исходя из сущности происходящих в металле процессов. Такими основными видами являются: отжигу нормализация, закалка и отпуск.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Рефераты по материаловедению

Отжиг

Отжигом называют процесс термической обработки, при котором сталь сначала нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре, а затем медленно охлаждают вместе с печью. В результате отжига в стали образуются равновесные структурные составляющие (см. диаграмму состояния материаловедение, рис. 2.3, а).

Различают отжиг первого и второго рода. Отжиг первого рода имеет целью снятие напряжений, осуществление рекристаллизации и гомогенизации. Применительно к углеродистым сталям отжиг для снятия напряжений производится при материаловедение. Рекристаллизаци-онный отжиг осуществляется при материаловедение, т. е. ниже превращения материаловедение. Гомогенизационный отжиг для устранения дендритной ликвации в литой стали производится в аустенитной области при температуре материаловедение в течение материаловедение. За это время в металле может заметно вырасти аустенитное зерно, что приводит к пониженным механическим свойствам. Поэтому после гомогенизационного отжига сталь всегда подвергают отжигу второго рода — фазовой перекристаллизации с целью измельчения аустенитного зерна.

Для отжига с полной фазовой перекристаллизацией стали (отжига второго рода) необходимо выполнить два условия:

  1. Во-первых, необходимо нагреть сталь до такой температуры, при которой она находится в аустенитном состоянии, и выдержать при этой температуре до полной аустенизации.
  2. Во-вторых, необходимо охладить сталь с относительно небольшой скоростью, чтобы произошло фазовое превращение с образованием из аустенита феррито-цементитной смеси.

Увеличивая скорость охлаждения стали, можно значительно повысить степень переохлаждения аустенита, от которой зависят механизм и кинетика превращения, и, соответственно, структура и свойства продуктов превращения. Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют графически в виде диаграмм. Эти диаграммы строят в координатах температура превращения — время. На рис. 3.2 изображена диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали с материаловедение.

На этом рисунке кривая материаловедение показывает начало распада аустенита, кривая материаловедение — его конец. По диаграмме ниже материаловедение слева от кривой материаловедение структура стали состоит из переохлажденного аустенита материаловедение. Выдержка переохлажденного аустенита при температурах от материаловедение до материаловедение приводит к обычному распаду на эвтектоидную смесь феррита и цементита.

материаловедение

Эвтекоидная смесь феррита с цементитом растет в виде колоний из отдельных центров в аустенитных зернах. Чем больше скорость охлаждения стали, тем сильнее переохлаждается аустенит ниже материаловедение, и более тонкое внутреннее строение имеют колонии эвтектоидной смеси. В зависимости от дисперсности пластинчатой ферритоцементитной смеси различают перлит, сорбит и троостит. Перлит образуется при небольших степенях переохлаждения аустенита (охлаждение с печью со скоростью в несколько градусов в минуту), и двухфазное строение его колоний хорошо видно при увеличении 300 крат.

Твердость перлита материаловедение. Сорбит образуется при несколько больших степенях переохлаждения аустенита (охлаждение на воздухе со скоростью в несколько десятков градусов в минуту). Поэтому он более дисперсен и его внутреннее строение можно различить при большем увеличении.

Сорбит обладает твердостью материаловедение. Троостит (материаловедение) образуется при еще больших степенях переохлаждения аустенита (охлаждение в масле со скоростью в несколько десятков градусов в секунду). Благодаря большей дисперсности, троостит сильно растравливается, и в световой микроскоп виден сплошной темный фон шлифа.

На использовании фазовой перекристаллизации основаны разные виды отжига. Из них наиболее важен полный отжиг. Цель отжигов состоит в повышении пластических свойств металла и улучшении обрабатываемости резанием.

  • Полному отжигу обычно подвергают доэвтектоидные стали, при этом нагрев ведут выше материаловедение на материаловедение, выдерживают и медленно вместе с печью охлаждают.
  • Неполный отжиг применяется для заэвтектоидной стали, нагрев при этом ведут выше материаловедение но ниже материаловедение. При этих температурах в структуре сохраняется вторичный цементит. Во время выдержки при указанных температурах происходит сфероидизация пластинчатых выделений цементита.

Обычно при отжиге второго рода сталь охлаждают медленно с печью (кривая 1 на рис. 3.2). Если после нагрева выше материаловедение или материаловедение сталь охладить на спокойном воздухе, то появляющийся перлит приобретает более тонкое строение, чем после охлаждения с печью. Это приводит к повышению прочности и твердости стали. Данная разновидность термообработки называется нормализацией (кривая 3 на рис. 3.2).

Кроме скорости охлаждения, на структуру стали сильно влияет температура нагрева в аустенитной области. Чем выше температура нагрева, тем более крупным вырастает аустенитное зерно и тем крупнее получаются выделения избыточного феррита и колонии эвтектоида. Если при полном отжиге доэвтектоидную сталь сильно перегреть выше точки материаловедение, то образуется характерная видмапштеттова структура.

Из крупных зерен аустенита образуются крупные колонии перлита, а избыточный феррит выделяется в виде ориентированных пластин. В сечении шлифа эти пластины представляют собой крупные иглы. При такой структуре сталь обладает пониженной удар-ной вязкостью. Поэтому при полном отжиге и нормализации температура нагрева стали не должна значительно превышать точку материаловедение.

Ради экономии времени и затрат энергии сталь подвергают изотермическому отжигу, который состоит в том, что сначала сталь переводят в аустенитное состояние, а затем быстро охлаждают до температур на материаловедение град ниже материаловедение и выдерживают здесь столько времени, чтобы завершился переход переохлажденного аустенита в перлит. После этого изделие охлаждают на спокойном воздухе.

Изотермический отжиг позволяет получать более однородные свойства в разных участках объема металла, так как превращение везде идет примерно с одинаковой скоростью, тогда как при нормализации условия охлаждения на поверхности и в толще металла существенно различаются. Условия изотермического отжига изображены на рис. 3.2 линией 2.

Отжиг и нормализация чаще всего являются предварительными операциями термической обработки, осуществляемыми в целях устранения дефектов предыдущих операций (литья, ковки и др.) либо подготовки структуры для последующей обработки резанием или закалки. Нормализации — более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Рекомендуется подвергать нормализации малоуглеродистые стали, так как у них практически отсутствует разница в свойствах после отжига и нормализации.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Лабораторные по материаловедению

Закалка

При охлаждении углеродистой стали с достаточно большой скоростью, например, в холодной воде (сотни градусов в секунду), аустенит настолько сильно переохлаждается ниже материаловедение, что не распадается на смесь двух стабильных фаз, т. к. подвижность атомов при сильном переохлаждении слишком мала.

При больших переохлаждениях в условиях малой подвижности атомов происходит бездиффузионное полиморфное превращение материаловедение: аустенит — твердый раствор внедрения углерода в материаловедение с ГЦК решеткой превращается в мартенсит — пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в материаловедение. Мартенсит — совершенно новая, метастабильная фаза. Он появляется в переохлажденном аустените при материаловедение. Это отражено на диаграмме (рис. 3.2) горизонтальной линией материаловедение.

Растворимость углерода в материаловедение при комнатной температуре в равновесных условиях мала. В мартенсите же сохраняются все то количество углерода, которое было в исходном аустените. Поэтому мартенсит является метастабильным пересыщенным раствором углерода в материаловедение. Избыточные атомы углерода делают ОЦК решетку тетрагональной.

При закалке стали нагревают до температуры получения аустенита (выше критических точек), выдерживают некоторое время при этой температуре, а затем быстро охлаждают со скоростью не ниже критической. Для каждой стали существует критическая скорость закалки, под которой понимается наименьшая скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения. На рис. 3.2 указана критическая скорость закалки материаловедение. для эвтектоидной стали.

Температура нагрева стали при закалке зависит от содержания в ней углерода. Доэвтектоидные углеродистые стали повергают полной закалке, для этого их необходимо нагреть выше линии материаловедение на материаловедение (рис. 3.4), выдержать до завершения аустенизации и охладить в воде. После такой обработки структура закаленной стали будет состоять из мартенсита и небольшого количества остаточного аустенита (рис. 3.3).

материаловедение

Мартенсит имеет больший объем, чем исходный аустенит, из-за чего непревращенный аустенит испытывает сильное сжатие, а пластины мартенсита располагаются по определенным кристаллографическим плоскостям. На шлифах пластины мартенсита выглядят как иглы, часто расположенные под углом материаловедение и материаловедение друг к другу. Начавшееся при материаловедение мартенситное превращение идет дальше только по мере снижения температуры.

Появление новых количеств мартенсита продолжается до материаловедение. При этой температуре в структуре остается несколько процентов аустенита (материаловедение). Температура материаловедение считается концом мартенситного превращения, и на диаграмме (рис. 3.2.) это отражено горизонтальной линией материаловедение. Мартенсит резко отличается по свойствам от аустенита. Он ферромагнитен и очень тверд — твердость по Роквеллу материаловедение. Свойства мартенсита сталей зависят от количества растворенного в нем углерода — чем больше углерода, тем выше твердость.

Закалка доэвтектоидной стали с температуры выше линии материаловедение, но ниже материаловедение (рис. 3.4), называется неполной. В этом случае при нагреве в стали, кроме аустенита, находится также избыточный феррит. При закалке аустенит переходит в мартенсит, а феррит остается в виде мягких светлых включений на фоне мартенсита. Неполная закалка доэвтектоидной стали — это, как правило, брак термической обработки.

материаловедение

Заэвтектоидные стали нагревают выше материаловедение с тем, чтобы сохранить в структуре твердые включения вторичного цементита, которые за время выдержки успевают приобрести округлую форму. Структура заэвтектоидной стали после неполной закалки состоит из мартенсита, вторичного цементита и остаточного аустенита.

Закалка очень часто производится в воду. Водные растворы едкого натра или поваренной соли обладают большей охлаждающей способностью.

Разные сорта и марки стали имеют различную закаливаемость, т. е. способность воспринимать закалку. Закаливаемость оценивается по наибольшей твердости, получаемой в результате закалки. Как уже отмечалось, стали, содержащие менее материаловедение, не обладают закаливаемостью. С ростом содержания углерода закаливаемость быстро растет, достигает наибольшей величины при материаловедение и затем почти не меняется.

Важнейшим свойством стали является прокаливаемость, способность стали закаливаться на определенную глубину.

Простейший вид закалки — закалка в одной среде (режим 4, рис. 3.2). Недостаток этого способа заключается в возникновении больших напряжений в изделии из-за высокой скорости охлаждения. Закалка в двух средах (режим 5, рис. 3.2) осуществляется путем погружения изделия вначале в воду, а затем в масло.

Первоначальное охлаждение в воде позволяет быстро пройти область наименьшей устойчивости аустенита и достичь температур, при которых он более устойчив. Дальнейшее более замедленное охлаждение в масле позволяет несколько выровнять перепад температур по сечению изделия. При этом виде закалки требуется очень точно выбрать время смены закалочных сред.

Ступенчатая закалка (режим 6, рис. 3.2) состоит в том, что нагретое изделие быстро помещают в среду, имеющую температуру материаловедение, т. е. на материаловедение градусов выше точки начала появления мартенсита, и выдерживают некоторое время для выравнивания температуры во всем объеме. Охлаждающей средой служат расплавы селитры и щелочей.

Затем изделие извлекают из соляной ванны и охлаждают на воздухе, при этом происходит образование мартенсита. В начале охлаждения до образования мартенсита сталь сохраняет аустенитную структуру и поэтому возможна правка покоробившихся изделий. Способ ступенчатой закалки применим лишь для небольших по размеру изделий, так как во внутренних слоях, где охлаждение идет с меньшей скоростью, может произойти обычный распад аустенита с образованием троостита или сорбита.

Изотермическая закалка осуществляется по режиму 7 на рис. 3.2. Ее также проводят в соляной ванне, имеющей температуру материаловедение. Изотермическая закалка позволяет получать сталь с меньшей твердостью, чем после обычной закалки, но с большей вязкостью.

Закалка с самоотпуском заключается в том, что изделие извлекают из охлаждающей среды прежде, чем температура в средних слоях достигла материаловедение. Наружные слои в это время успевают охладиться до материаловедение. В извлеченном из охлаждающей среды изделии за счет тепла центральных слоев наружные слои, где успел появиться мартенсит, прогреваются до материаловедение и в них происходит отпуск мартенсита.

В результате изделие приобретает твердую корку с вязкой сердцевиной. Для закалки с самоотпуском решающее значение имеет определение температуры поверхности по цветам побежалости, появляющимся на чистой поверхность из-за возникновения слоя окислов разной толщины. Желтый цвет соответствует материаловедение, оранжевый материаловедение, красно-фиолетовый материаловедение, синий материаловедение.

Поверхностная закалка проводится путем нагрева поверхностных слоев изделия на глубину материаловедение и соответствующего охлаждения. Нагрев осуществляется в индукторе токами высокой частоты. Таким образом обрабатывают шейки стальных коленчатых валов, шестерни. Нагрев поверхности больших изделий осуществляется с помощью газовых или керосиновых горелок. Поверхностная закалка позволяет получить структуру мартенсита в поверхностном слое до материаловедение. Структура и свойства сердцевины изделия при этом не меняются, они определяются предварительной общей термообработкой всего изделия.

Обработка холодом была предложена русским металловедом А.П. Гуляевым. По рис. 3.2 видно, что окончание мартенситного превращения происходит при материаловедение. Следовательно, при обычном охлаждении до комнатной температуры в структуре остается некоторое количество аустенита. Это значит, что не достигается наибольшее возможное значение твердости.

Кроме того, остаточный аустенит с течением времени может постепенно превращаться в бейнит. Из-за этого возможно изменение размеров готовых изделий. Следовательно, для ответственных деталей прецизионного оборудования, шарикоподшипников, высокоточного мерительного инструмента и т.п. желательно наиболее полно перевести аустенит в мартенсит. Это достигается охлаждением до температуры материаловедение. Важно, чтобы охлаждение после обычной закалки происходило как можно быстрее, иначе сохранившийся аустенит становится устойчивым и не столь полно превращается в мартенсит.

Отпуск

Вслед за закалкой стальные изделия обычно подвергают отпуску, поскольку в закаленном состоянии сталь слишком тверда и хрупка и находится в напряженном состоянии.

При отпуске закаленную на мартенсит сталь нагревают до температуры ниже материаловедение. Основное превращение при отпуске стали — распад мартенсита. При нагреве до материаловедение происходит собирание атомов углерода в отдельных участках решетки мартенсита. Затем в интервале материаловедение наблюдается образование промежуточного карбида железа, отличного от устойчивого карбида материаловедение. При материаловедение тетрагональная ячейка мартенсита становится кубической. Выше материаловедение начинается образование частиц материаловедение, которые затем постепенно укрупняются и сфероидизируются.

Остаточный аустенит интенсивно распадается при материаловедение на феррит и промежуточные карбиды. После нагрева ниже материаловедение видимых изменений структуры не наблюдается. Отпуск при материаловедение приводит к исчезновению мартенсита и появлению игольчатого троостита, в котором полностью обособляются частицы цементита. Выше материаловедение наблюдается укрупнение частиц цементита. Карбид образуется в пределах исходных мартенситных игл.

Поэтому микроструктура отпущенной стали сохраняет игольчатый характер и похожа на мартенсит. Этим двухфазная феррито-карбидная смесь, получающаяся при распаде мартенсита, отличается от феррито-цементитной смеси, образующийся при распаде переохлажденного аустенита. Нагрев до материаловедение приводит к образованию сорбита отпуска, в котором частицы цементита приобретают округлую форму. Перечисленные изменения структуры сопровождаются соответствующими изменениями механических свойств.

На практике применяют низкотемпературный (материаловедение), сред-нетемпературный (материаловедение) и высокий (материаловедение) отпуск.

Структуру, получающуюся при низком отпуске стали, называют отпущенным мартенситом: она отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за дисперсных выделений карбида. После среднего отпуска обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска.

Сильная травимость троостита отпуска обусловлена высокой дисперсностью этой двухфазной смеси. При высоком отпуске получается сорбит отпуска. Цементит в нем находится в виде сферических частиц. Двухфазное строение сорбита отпуска отчетливо выявляется при небольших увеличениях.

Кстати дополнительная теория из учебников тут.

Низкий отпуск иногда вызывает прирост твердости материаловедение на 1-2 в результате распада остаточного аустенита. Низкотемпературный отпуск применяют для инструментальных сталей, изделий после цементации и поверхностной закалки.

материаловедение

Среднему отпуску подвергают пружинную и рессорную сталь и получают структуру троостита с твердостью материаловедение 40-45 при достаточной вязкости. При высоком отпуске при соответствующей выдержке в структуре образуется зернистый сорбит. Высокий отпуск после закалки проводят для деталей, испытывающих при работе знакопеременные и ударные нагрузки. Закалку с высоким отпуском называют также улучшением.

материаловедение