Линия PQ показывает на уменьшение
растворимости углерода в феррите при
охлаждении и выделении цементита, который
называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие
менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными
и имеют структуру чистого феррита, а сплавы,
содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру
феррит+цементит третичный и называются
техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре
ниже 727ºС имеют структуру феррит+перлит
и заэвтектоидные – перлит+цементит вторичный
в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах
в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении
из аустенита выделяется цементит вторичный,
вследствие уменьшения растворимости
углерода(линия ES). По достижении температуры
727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом
до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким
образом, после окончательного охлаждения
структура доэвтектических чугунов состоит
из перлита, цементита вторичного и ледебурита
превращенного (перлит+цементит).
Структура эвтектических чугунов
при температурах ниже 727ºС состоит из
ледебурита превращенного. Заэвтектический
чугун при температурах ниже 727ºС состоит
из ледебурита превращенного и цементита
первичного.
Правило фаз устанавливает
зависимость между числом степеней свободы,
числом компонентов и числом фаз и выражается
уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы
системы;
К – число компонентов, образующих
систему;
1 – число внешних факторов
(внешним фактором считаем только
температуру, так как давление
за исключением очень высокого
мало влияет на фазовое равновесие
сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся
в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий
1,0%С, называется заэвтектоидной сталью.
Его структура при комнатной температуре
– Цементит (вторичный) + Перлит.
Определим при t=13500 C количественное
соотношение фаз:
Qобщ=QM+QO.
mo =mp + po
Количество жидкой
фазы
QM=mp/mo=2/24=8,3%.
Количество аустенита
QM=po/mo=2/224=91,7%.
5) Используя диаграмму
состояния железо-цементит и кривую изменения
твердости в зависимости от температуры
отпуска, назначьте для углеродистой стали
40 температуру закалки и температуру отпуска,
необходимые для обеспечения твердости
400 НВ. Опишите превращения на всех этапах
термической обработки и получаемую структуру.
Закалка доэвтектоидной стали
заключается в нагреве стали до температуры
выше критической (Ас3), в выдержке и последующем
охлаждении со скоростью, превышающей
критическую.
Температура точки Ас3 для стали
40 составляет 790°С, а Ас1 = 730°С. Структура
доэвтектоидной стали при нагреве её до
критической точки Ас1 состоит из
зерен перлита и феррита. В точке Ас1 происходит
превращение перлита в мелкозернистый
аустенит. При дальнейшем нагреве от точки
Ас1 до Ас3 избыточный
феррит растворяется в аустените и при
достижении Ас3 (линия GS)
превращения заканчиваются.
Доэвтектоидные стали для закалки
следует нагревать до температуры на 30-50°С
выше Ас3. Температура
нагрева стали под закалку, таким образом,
составляет 820-840°С. Структура стали 40 при
температуре нагрева под закалку – аустенит,
после охлаждения со скоростью выше критической
– мартенсит.
В зависимости от температуры
отпуска меняется твердость закаленной
стали. Например, при 600°С твердость НВ
не более 200 ед., при 400°С – не более 280 ед.,
а при 200°С – не более 450 ед.
Поэтому для получения твердости
400 НВ закаленную сталь подвергают низкому
отпуску при температуре 180-200°С. Низкий
отпуск, незначительно снижая твердость
поверхностно-закаленного изделия, существенно
повышает сопротивление стали хрупкому
разрушению. Структура стали после низкого
отпуска на глубину прокаливания – мартенсит
отпуска.
В результате термической обработки
твердость изделия на глубину прокаливания
составит 400 НВ.
6) Расшифровать следующие
сплавы: 30ХН2МФА, ШХ15СГ, У13, Ст3пс, ВК3, 15Х25Н19С2Л,
10ХСНД, КЧ 30-6, Р9К5, ЛС59-1.
30ХН2МФА – сталь легированная, высококачественная,
имеет минимальное количество серы и фосфора,
содержит 0,3% углерода, по 1 % хрома, молибдена,
ванадия, 2% никеля;
ШХ15СГ – сталь конструкционная
подшипниковая, содержит 1% углерода, хрома
15%, по 1% кремния и марганца;
У13 – сталь инструментальная
углеродистая, содержит 1,3% углерода;
Ст3пс - сталь конструкционная
углеродистая обыкновенного качества,
содержание углерода не превышает 0,3%;
ВК3 – твердый сплав, содержание
кобальта 3%, остальное карбид вольфрама;
15Х25Н19С2Л – сталь высоколегированная
литейная, содержит 0,15% углерода, 25% хрома,
19% никеля, 2% кремния;
10ХСНД - сталь конструкционная
низколегированная, содержит 0,13% углерода,
по 1% хрома, кремния, никеля и меди;
КЧ 30-6 – ковкий чугун, 300МПа
временное сопротивление при растяжении,
6% относительное удлинение;
P9K5 – инструментальная быстрорежущая
сталь, содержит 9% вольфрама, 5% кобальта;
ЛС59-1 – латунь, содержание меди
59%, свинец 1%, остальное цинк.
Список использованной литературы:
Материаловедение. Учебник
для ВУЗов / Под ред. Б.Н. Арзамасова и др.
– М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. -648
с.: ил.
Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение.
Учебник для ВУЗов. - СПб., Изд-во 3-е перераб.и
доп.,ХИМИЗДАТ, - 2004. – 736 с.: ил.
Солнцев Ю.П. Материаловедение
и технология конструкционных материалов / Учебное пособие для ВУЗов.
- М.: МИСИС, 2004.
Марочник сталей и сплавов /
Под ред. А.С. Зубченко. - М.: Машиностроение, 2001. – 672 с.: ил.
Стали и сплавы. Марочник: Справ.
изд. / Под ред. В.Г. Сорокина и др. – М.: «Интермет
инжиниринг», 2001. – 608 с.: ил.
Кочеткова Л.П., Кабешова Л.Я.
Практикум по материаловедению. Часть
1 – Киров, ВятГУ, 2004. – 63 с.