Типы металлов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Июля 2013 в 14:10, реферат

Описание работы

МАРТЕНСИТ – структура сплавов, возникающая при их термической обработке при быстром охлаждении. В железоуглеродистых сплавах (сталях и чугунах) мартенсит возникает при содержании углерода более 0,3% при закалке в воде. Перед закалкой сталь нагревается до температур, обеспечивающих переход феррита и перлита в аустенит (выше 723° С).

Скачать архив (38.13 Кб) Сколько стоит заказать работу?

Файлы: 1 файл

Документ Microsoft Word (5).doc

— 152.50 Кб (Скачать файл)

МАРТЕНСИТ

У мартенсита игольчатая микроструктура, высокая твердость и прочность, низкая пластичность.

Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении. Другие процессы диффузионны, т.е. атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объем приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно, атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения составляет тысячи м/с.

Диаграмма состояния железо – углерод соответствует равновесным превращениям в сплавах при медленном нагреве и охлаждении, поэтому мартенситной области на диаграмме нет.

Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объеме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твердость и прочность сталей с мартенситной структурой.

При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода. В стали возникают две фазы – феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,03%) и цементит (6,67% углерода). Элементарная ячейка феррита имеет форму куба, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированная структура), цементит имеет ромбическую структуру. Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.

Кристаллическая решетка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решеткой исходной структуры аустенита, т.е. плоскости с определенными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определенными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решетках мартенсита и аустенита аналогично.

Мартенситное превращение при охлаждении происходит не при постоянной температуре, а в определенном интервале температур, при этом превращение начинается не при температуре распада аустенита в равновесных условиях, а при на несколько сотен градусов ниже. Оканчивается превращение при температуре значительно ниже комнатной. Таким образом, в интервале температур мартенситного превращения в структуре стали, наряду с мартенситом, есть и остаточный аустенит.

При пластической деформации стали при температурах мартенситного превращения количество мартенсита увеличивается. В некоторых случаях так же влияет упругая деформация.

Кроме железоуглеродистых сплавов, мартенситное превращение наблюдается и в некоторых других, например, сплавах на основе титана.

Лев Миркин

Охлаждение при закалке

Яндекс.ДиректВсе объявления

лист сталь 60с2а, полоса ст 60С2А Наличие на складе! Гибкое ценообразование! Резка в размер! Доставка! Адрес и телефон gmzmetal.ru

ТВЧ закалка стали? Легко!!! ТВЧ установки для закалки стали. Летняя распродажа, скидки до 20%!!! mosinductor.ru

Режим охлаждения при закалке должен прежде всего обеспечить необходимую глубину прокаливаемости. С другой стороны, режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали сильные закалочные напряжения, приводящие к короблению изделия и образованию закалочных трещин.

Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений. При закалке всегда возникает перепад температур по сечению изделия. Разная величина термического сжатия наружных и внутренних слоев в период охлаждения обусловливает возникновение термических напряжений.

Мартенситное превращение связано с увеличением объема на несколько процентов. Поверхностные слои раньше достигают мартенситной точки, чем сердцевина изделия. Мартенситное превращение и связанное с ним увеличение объема происходит в разных точках сечения изделия не одновременно, что приводит к возникновению структурных напряжений.

Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением температуры нагрева под закалку и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях возрастает перепад температур по сечению изделия. Увеличение перепада температур приводит к росту термических и структурных напряжений.

Для сталей наиболее вероятно возникновение закалочных напряжений в интервале температур ниже мартенситной точки, когда появляются структурные напряжения и образуется хрупкая фаза — мартенсит. Выше мартенситной точки возникают только термические напряжения, причем сталь находится в аустенитном состоянии, а аустенит пластичен.

Как показывает С-диаграмма, быстрое охлаждение необходимо в районе наименьшей устойчивости переохлажденного аустенита. Для большинства сталей этот район находится в интервале 660 — 400 °С. Выше и ниже этого интервала температур аустенит гораздо более устойчив против распада, чем около изгиба С-кривой, и изделие можно охлаждать относительно медленно.

Медленное охлаждение особенно важно проводить, начиная с температур 300 — 400 °С, при которых в большинстве сталей образуется мартенсит. При замедленном охлаждении выше изгиба С-кривой уменьшаются только термические напряжения, а в мартенситном интервале снижаются и термические, и структурные напряжения.

В качестве закалочных сред наиболее широко используют холодную воду, 10%-ный водный раствор NaOH или NaCl и масла.

Скорость охлаждения стали в различных средах

Закалочная среда	Скорость охлаждения, град/с, в интервалах, °С
Закалочная среда	650 — 550	300 — 200
Вода при 18°С	600	270
Вода при 74°С	30	200
10%-ный раствор NaOH в воде при 18°С	1200	300
Минеральное масло	100 — 150	20 — 50

В таблице приведены значения скорости охлаждения небольших стальных образцов в двух температурных интервалах для различных сред. Пока не найдено такой закалочной жидкости, которая быстро охлаждала бы в перлитном интервале температур и медленно — в мартенситном.

Холодная вода — самый дешевый и весьма энергичный охладитель. Она быстро охлаждает и в перлитном, и в мартенситном интервалах температур. Высокая охлаждающая способность воды объясняется низкой температурой и громадной теплотой кипения, малой вязкостью и сравнительно большой теплоемкостью.

Добавки соли или щелочи увеличивают охлаждающую способность воды в перлитном интервале.

Главный недостаток воды — большая скорость охлаждения в мартенситном интервале.

Минеральное масло медленно охлаждает в мартенситном интервале (это его главное преимущество), но оно медленно охлаждает и в перлитном интервале (это его основной недостаток). Поэтому масло применяют для закалки сталей с хорошей прокаливаемостью.

Нагретая вода не может заменить масло, так как нагрев резко уменьшает скорость охлаждения в перлитном интервале, но почти не изменяет ее в мартенситном интервале.

нутренние напряжения в закаленной стали

При закалке в детали возникают значительные внутренние напряжения — термические и структурные.

тем

больше, чем ниже температура поверхности. Период охлаждения, когда разность температур достигает максимума, является наиболее вероятным для развития внутренних напряжений. В этот период охлаждения в поверхностных слоях детали будут возникать напряжения растяжения, а в сердцевине — напряжения сжатия. В процессе дальнейшего охлаждения происходит перераспределение напряжений и после окончания охлаждения: при температуре до 20° С поверхностные слои детали будут испытывать напряжения сжатия, а сердцевина — напряжения растяжения (рис. 65, а). Эти напряжения называются остаточными напряжениями.

Структурные напряжения возникают в результате того, что превращение аустенита в мартенсит (связанное с увеличением объема) в разных местах детали происходит не одновременно. Температура мартенситного превращения сначала достигается в поверхностных слоях, в которых появляются временные сжимающие напряжения, а во внутренних слоях напряжения растяжения. Затем мартенситное превращение протекает во внутренних слоях и знак напряжений на поверхности и в сердцевине изменяется. Эпюра структурных остаточных напряжений после сквозной закалки имеет вид, показанный на рис. 65, б.

При закалке термические и структурные напряжения суммируются

В зависимости от условий охлаждения, сечения деталей, глубины закалки и других факторов суммарные остаточные напряжения могут быть различными. Один из примеров эпюры суммарных остаточных напряжений показан на рис. 65, в.

Структурные напряжения опасны тем, что они возникают при появлении хрупкой структуры мартенсита. Если напряжения достигнут предела прочности, то образуются трещины. Наиболее опасными являются напряжения растяжения на поверхности, возникающие в основном вследствие структурных напряжений, которые надо при закалке уменьшать.

Способы закалки. Непрерывную закалку в одной среде (рис. 66, кривая 1) применяют наиболее широко. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одной среде. Если охлаждение производят в жидкой среде (воде, масле), то для равномерного охлаждения деталь, погрузив в жидкую среду, перемещают в вертикальной плоскости или круговыми движениями. Для равномерного охлаждения жидкость перемещают с помощью лопастей, установленных в закалочном баке, или непрерывно подают и отводят из закалочного бака охлаждающую жидкость. Если требуется закалить не всю деталь, а только определенную часть, в охлаждающую жидкость погружают эту часть детали или применяют струйное охлаждение. Такую закалку называют местной.

Для равномерной закалки и уменьшения коробления (особенно длинных цилиндрических деталей, тонких плоских деталей и др.) применяют специальные закалочные машины и прессы. В закалочной машине или закалочном прессе деталь при охлаждении находится в зажатом положении (например, валы и оси между зажимными роликами, зубчатые колеса —- в штампах, пилы — между плитами и т. п.).

Большое распространение имеют различные автоматизированные закалочные агрегаты непрерывного действия, в которых детали из закалочной печи после нагрева сбрасываются с конвейера в закалочный бак и выдаются из него с помощью конвейера. Недостатком закалки в одном охладителе (если закалка производится в воде) является возникновение значительных внутренних напряжений, которые могут вызвать появление трещин.

При закалке с подстуживанием деталь вынимают из печи и перед погружением в охлаждающую жидкость некоторое время выдерживают на воздухе (подстуживают). При подстуживании температура детали не должна понизиться ниже критической точки. Подстуживание уменьшает внутренние напряжения и коробление деталей,

При закалке в двух средах (прерывистая закалка, рис. 66, кривая 2) деталь охлаждают до 300—400° С в энергично действующем охладителе — воде, а затем для окончательного охлаждения переносят в слабый охладитель — масло. Такая закалка иначе называется закалкой в воде с переброской в масло. Быстрое охлаждение при закалке необходимо для того, чтобы в процессе охлаждения не произошло распада аустенита на феррито-цементит-ную смесь в интервале температур 500—600° С. Для превращения аустенита в мартенсит быстрое охлаждение не только не нужно, но и нежелательно, так как именно при быстром охлаждении в интервале мартенситного превращения и могут возникнуть трещины. В интервале мартенситного превращения для уменьшения возникающих структурных внутренних напряжений и предохранения от возможности возникновения трещин желательно замедленное охлаждение. Этому требованию и удовлетворяет закалка в двух средах.

для

никаких структурных превращений не происходит и мартенсит образуется при охлаждении детали на воздухе.

, температура плавления 150° С и др.

сталь находится в состоянии пластичного аустенита, и детали легко могут быть подвергнуты правке.

и 50% хлористого калия (КС1), сохраняется светлая поверхность, так как хлористые соли при нагреве, а щелочи при охлаждении практически не окисляют поверхности детали. Это позволяет закаливать детали после их окончательной обработки резанием без последующей очистки или травления.

Большее количество воды приводит к сильному кипению при погружении нагретых деталей. Повышение закаливающей способности щелочей при добавлении к ним воды объясняется тем, что происходит испарение воды. Необходимая для испарения воды теплота интенсивно отнимается от охлаждаемой детали. При испарении воды скорость охлаждения понижается, поэтому необходимо в ванну периодически добавлять воду (по мере надобности).

Недостатком ступенчатой закалки является возможность ее применения для деталей диаметром до 10 мм из углеродистой стали. Это объясняется тем, что для крупных деталей скорость охлаждения в соляной ванне является недостаточной для того, чтобы переохладить аустенит до температуры, немного превышающей температуру начала мартенситного превращения. В связи с недостаточной скоростью охлаждения в зоне наименьшей устойчивости аустенита (500—600° С) произойдет частичный распад с образованием феррито-цементитной смеси, и твердость получится пониженной.

Для деталей из легированных сталей ступенчатую закалку применять нецелесообразно, так как они закаливаются в масле, которое достаточно медленно охлаждает в интервале температур мартенситного превращения.

Изотермическую закалку, впервые предложенную Д. К. Черновым, применяют широко. Так же, как и при ступенчатой закалкег охлаждение деталей, нагретых до температуры закалки, производится в соляных ваннах. Температура соляной ванны при изотермической закалке 250—400° С. Детали выдерживают в соляной ванне в течение времени (согласно С-кривой для данной стали), необходимого для полного распада аустенита. После выдержки детали охлаждают на воздухе (см. рис. 66, кривая 4). В результате изотермической закалки образуется бейнит твердостью ИКС 45—55, но достаточно пластичный. Изотермическую закалку целесообразно применять для деталей, склонных к короблению и образованию трещин.

Для нагрева деталей при закалке применяют камерные, конвейерные печи и другие. Большое распространение имеют тигельные электрические и электродные печи-ванны. Печи-ванны удобны в работе; нагрев деталей в них происходит быстрее, чем в камерных печах. При нагреве в печах-ваннах детали находятся в расплавленной соли; в них также удобно нагревать детали путем частичного погружения в расплавленную соль. К недостаткам нагрева в печах-ваннах можно отнести малую стойкость тиглей и в связи с этим частые остановки ванн; необходимость соблюдения осторожности при работе (возможно выплескивание расплавленных солей при попадании влаги в ванну); взрывоопасность некоторых солей при перегреве; обезуглероживание деталей при нагреве в некоторых солях.

загрузка...

Информация о работе Типы металлов