Аустенит - гэта што такое?

Тэрмічная апрацоўка сталі - гэта наймагутны механізм ўплыву на яе структуру і ўласцівасці. Ён грунтуецца на перайначаны крышталічных рашотак у залежнасці ад гульні тэмператур. У розных умовах у железоуглеродистом сплаве могуць прысутнічаць ферыт, перліт, цэменту і аустенит. Апошні адыгрывае асноўную ролю ва ўсіх тэрмічных пераўтварэннях у сталі.

вызначэнне

Сталь - гэта сплаў жалеза і вугляроду, у якім змест карбону складае да 2,14% тэарэтычна, аднак тэхналагічна якая ўжываецца змяшчае яго ў колькасці не больш за 1,3%. Адпаведна, усе структуры, якія ўтвараюцца ў ёй пад уплывам знешніх уздзеянняў, таксама з'яўляюцца разнавіднасцямі сплаваў.

Тэорыя ўяўляе іх існаванне ў 4 варыяцыях: цвёрды раствор пранікнення, цвёрды раствор выключэння, механічная сумесь зерня або хімічнае злучэнне.

Аустенит - гэта цвёрды раствор пранікнення атама вугляроду ў гранецентрическую кубічную крышталічную рашотку жалеза, якая называецца як γ. Атам карбону ўкараняецца ў паражніну γ-рашоткі жалеза. Яго памеры пераўзыходзяць адпаведныя пары паміж атамамі Fe, што тлумачыць абмежаванасць праходжання іх скрозь «сценкі» асноўнай структуры. Утвараецца ў працэсах тэмпературных ператварэнняў ферыту і перліту пры павышэнні цяпла вышэй 727˚С.

Дыяграма железоуглеродистых сплаваў

Графік, названы дыяграмай стану жалеза-цэмент, пабудаваны эксперыментальным шляхам, уяўляе сабой наглядную дэманстрацыю ўсіх магчымых варыянтаў пераўтварэнняў у сталі і чыгуну. Канкрэтныя тэмпературныя значэнні для пэўнай колькасці вугляроду ў сплаве ўтвараюць крытычныя кропкі, у якіх адбываюцца важныя структурныя змены ў працэсах награвання або астуджэння, яны ж фармуюць крытычныя лініі.

Лінія GSE, якая ўтрымлівае пункту Ac ₃ і _Ac m, адлюстроўвае ўзровень растваральнасці карбону пры павышэнні ўзроўню цяпла.

асаблівасці адукацыі

Аустенит - гэта структура, якая фарміруецца ў працэсе награвання сталі. Пры дасягненні крытычнай тэмпературы перліт і ферыт ўтвараюць цэласнае рэчыва.

Варыянты награвання:

1. Раўнамернае, да дасягнення неабходнага значэння, недоўгачасовая вытрымка, астуджэнне. У залежнасці ад характарыстык сплаву, аустенит можа быць як цалкам сфармаваны, так і часткова.
2. Павольнае павышэнне тэмпературы, працяглы перыяд падтрымання дасягнутага ўзроўню цеплыні з мэтай атрымання чыстага аустенита.

Ўласцівасці атрыманага разагрэтага матэрыялу, а таксама таго, які будзе мець месца ў выніку астуджэння. Вельмі многае залежыць ад узроўню дасягнутага цяпла. Важна не дапусціць перагрэў або перапал.

Мікраструктуру і ўласцівасці

Кожнай з фаз, характэрных для железоуглеродистых сплаваў, уласціва ўласнае будынак рашотак і зерняў. Структура аустенита - пласціністая, бяз формы, блізкія і да ігольчастым ўвазе, і да хлопьевидному. Пры поўным растварэнні вугляроду ў γ-жалезе, збожжа маюць светлую форму без наяўнасці цёмных цементитных уключэнняў.

Цвёрдасць складае 170-220 НВ. Цеплаправоднасць і электраправоднасць на парадак ніжэй, чым у ферыту. Магнітныя ўласцівасці адсутнічаюць.

Варыянты астуджэння і яго хуткасці прыводзяць да адукацыі розных мадыфікацый «халоднага» стану: мартенсита, бейнита, троостита, сарбітам, перліту. Яны маюць падобную ігольчастую структуру, аднак адрозніваюцца дысперсных часціц, памерам зерняў і цементитных часціц.

Ўплыў астуджэння на аустенит

Распад аустенита адбываецца ў тых жа крытычных кропках. Выніковасць яго залежыць ад наступных фактараў:

1. Хуткасць астуджэння. Ўплывае на характар вугляродных уключэнняў, фарміравання зерня, адукацыі выніковай мікраструктуру і яе уласцівасцяў. Залежыць ад асяроддзя, якая выкарыстоўваецца ў якасці ахаладжальніка.
2. Наяўнасць ізатэрмічны складнікам на адным з этапаў распаду - пры паніжэнні да пэўнага тэмпературнага ўзроўню, падтрымліваецца стабільнае цяпло некаторы перыяд часу, пасля чаго працягваецца хуткае астуджэнне, ці ж яно адбываецца разам з награвальным прыладай (печчу).

Такім чынам, вылучаюць бесперапыннае і ізатэрмічных ператварэння аустенита.

Асаблівасці характару пераўтварэнняў. Дыяграма

З-вобразны графік, які адлюстроўвае характар змяненняў мікраструктуру металу ў часовым інтэрвале, у залежнасці ад ступені змены тэмператур - гэта Дыяграма ператварэння аустенита. Рэальнае астуджэнне бесперапынна. Магчымыя толькі некаторыя фазы прымусовага ўтрымання цяпла. Графік апісвае ізатэрмічныя ўмовы.

Характар можа быць дыфузійных і бездиффузионный.

Пры стандартных хуткасцях зніжэння цяпла змена аустенитного збожжа адбываецца дыфузійна. У зоне тэрмадынамічнай няўстойлівасці атамы пачынаюць перамяшчацца паміж сабой. Тыя, якія не паспяваюць ўкараніцца ў краты жалеза, фармуюць цементитные ўключэння. Да іх далучаюцца суседнія часціцы карбону, вызваленыя са сваіх крышталяў. Цэмент фарміруецца на межах распадаюцца зерня. Вычышчаныя крышталі ферыту ўтвараюць адпаведныя пласціны. Фармуецца дысперсная структура - сумесь зерня, памер і канцэнтрацыя якіх залежаць ад імклівасці астуджэння і ўтрымання карбону ў сплаве. Утворыцца таксама перліт і яго прамежкавыя фазы: сорбіт, троостит, Бейн.

Пры значных хуткасцях зніжэння тэмператур распад аустенита не мае дыфузійнага характару. Адбываюцца комплексныя скажэнні крышталяў, усярэдзіне якіх усе атамы адначасова ссоўваюцца ў плоскасці, не змяняючы размяшчэння. Адсутнасць дыфузійнай спрыяе зараджэнню мартенсита.

Ўплыў загартоўкі на асаблівасці распаду аустенита. Мартэнс

Загартоўка - гэта від тэрмічнай апрацоўкі, сутнасць якога заключаецца ў хуткім награванні да высокіх тэмператур вышэй крытычных кропак Ac ₃ і _Ac m, пасля чаго варта хуткае астуджэнне. Калі зніжэнне тэмпературы адбываецца з дапамогай вады з хуткасцю больш 200˚С за секунду, то ўтворыцца цвёрдая ігольчастай фаза, якая мае назву Мартэнс.

Ён уяўляе сабой пересыщенный цвёрды раствор пранікнення карбону ў жалеза з крышталічнай кратамі тыпу α. З прычыны магутных перасоўванняў атамаў яна скажаецца і фармуе тетрагональную краты, што і выступае прычынай ўмацавання. Сфарміраваная структура мае большы аб'ём. У выніку гэтага крышталі, абмежаваныя плоскасцю, сціскаюцца, зараджаюцца ігольчатых пласціны.

Мартэнс - трывалы і вельмі цвёрды (700-750 НВ). Утворыцца выключна ў выніку высакахуткасны загартоўкі.

Загартоўка. дыфузійныя структуры

Аустенит - гэта фарміраванне, з якога могуць быць штучна зроблены Бейн, троостит, сорбіт і перліт. Калі астуджэнне загартоўкі адбываецца на меншых хуткасцях, ажыццяўляюцца дыфузійныя ператварэння, іх механізм апісаны вышэй.

Троостит - гэта перліт, для якога характэрна высокая ступень дысперсных. Фармуецца пры памяншэнні цяпла 100˚С за секунду. Вялікая колькасць дробных зерняў ферыту і цементита размяркоўваецца па ўсёй плоскасці. «Загартаваная» уласцівы цэменту пласціністай формы, а троостит, атрыманы ў выніку наступнага водпуску, мае крупчастую візуалізацыю. Цвёрдасць - 600-650 НВ.

Бейн - гэта прамежкавая фаза, якая ўяўляе зь сябе яшчэ больш дысперсную сумесь крышталяў высокавугляродзістага ферыту і цементита. Па механічных і тэхналагічных уласцівасцях саступае мартенситу, але перавышае троостит. Утвараецца ў тэмпературных інтэрвалах, калі дыфузія немагчымая, а сілы сціску і перамяшчэння крышталічнай структуры для ператварэння ў мартенситную - недастаткова.

Сорбіт - крупнодисперсная иглообразная разнавіднасць перлитных фаз пры астуджэнні з хуткасцю 10˚С за секунду. Механичесие ўласцівасці займаюць прамежкавае становішча паміж перлітам і трооститом.

Перліт - гэта сукупнасць зерняў ферыту і цементита, якія могуць быць крупчастай або пласціністай формы. Фарміруецца ў выніку паступовага распаду аустенита з хуткасцю астуджэння 1˚С за секунду.

Біце і троостит - больш ставяцца да закалочным структурам, тады як сорбіт і перліт могуць фармавацца і пры адпачынку, адпале і нармалізацыі, асаблівасці якіх вызначаюць форму зерня і іх памер.

Уплыў адпалу на асаблівасці распаду аустенита

Практычна ўсе віды адпалу і нармалізацыі заснаваныя на взаимообратном ператварэнні аустенита. Поўны і няпоўны адпал ўжываюць да доэвтектоидным сталі. Дэталі награваюць у печы вышэй крытычных кропак Ac ₃ і Ас ₁ адпаведна. Для першага тыпу характэрна наяўнасць доўгага перыяду вытрымкі, які забяспечвае поўнае пераўтварэнне: ферыт-аустенит і перліт-аустенит. Пасля чаго варта павольнае астуджэнне нарыхтовак у печы. На выхадзе атрымліваюць мелкодісперсного сумесь ферыту і перліту, без ўнутраных высілкаў, пластычную і трывалую. Няпоўны адпал менш энергаёмісты, змяняе толькі будынак перліту, пакідаючы ферыт практычна без змен. Нармалізацыя на ўвазе больш высокую хуткасць зніжэння тэмператур, аднак і больш крупнозерністой і менш пластычную структуру на выхадзе. Для сталёвых сплаваў з утрыманнем вугляроду ад 0,8 да 1,3% пры астуджэнні ў рамках нармалізацыі адбываецца распад па кірунку: аустенит-перліт і аустенит-цэменту.

Яшчэ адным відам тэрмічнай апрацоўкі, які заснаваны на структурных ператварэннях, з'яўляецца гамагенізацыя. Ён выкарыстоўваецца і ў дачыненні для буйных дэталяў. Мае на ўвазе абсалютная дасягненне аустенитного крупнозерністой стану пры тэмпературах 1000-1200˚С і вытрымку ў печы ў перыяд да 15 гадзін. Ізатэрмічныя працэсы працягваюцца павольным астуджэннем, якое спрыяе выраўноўванню структур металу.

ізатэрмічны адпал

Кожны з пералічаных спосабаў уплыву на метал для спрашчэння разумення разглядаецца як ізатэрмічнага ператварэнне аустенита. Аднак кожны з іх толькі на пэўным этапе мае характэрныя асаблівасці. У рэальнасці ж змены адбываюцца пры стабільным зніжэнні цяпла, хуткасць якога вызначае вынік.

Адзін са спосабаў, найбольш блізкі да ідэальным умовам, - ізатэрмічны адпал. Яго сутнасць таксама складаецца ў нагрэве і вытрымцы да поўнага распаду ўсіх структур у аустенит. Астуджэнне рэалізоўваецца ў некалькі этапаў, што спрыяе больш павольнага, больш працяглага і больш тэрмічнаму стабільнаму яго распаду.

1. Імклівае паніжэнне тэмпературы да значэння на 100˚С ніжэй пункту Ас _1.
2. Прымусовае ўтрыманне дасягнутага значэння (памяшканнем у печ) доўгі час да поўнага завяршэння працэсаў адукацыі ферритно-перлитных фаз.
3. Астуджэнне на спакойным паветры.

Метад выкарыстоўваецца і ў дачыненні і для легіраваных сталей, для якіх характэрна наяўнасць рэшткавага аустенита ў астуджаным стане.

Рэшткавы аустенит і аустенитные сталі

Часам магчымы няпоўны распад, калі мае месца рэшткавы аустенит. Гэта можа адбыцца ў наступных сітуацыях:

1. Занадта хуткае астуджэнне, калі поўны распад не адбываецца. З'яўляецца структурнай складнікам бейнита або мартенсита.
2. Сталь высокавугляродзістага або низколегированная, для якой ўскладненыя працэсы аустенитных дысперсных ператварэнняў. Патрабуе прымянення асаблівых спосабаў тэрмаапрацоўкі, як, да прыкладу, гамагенізацыя або ізатэрмічны адпал.

Для высоколегированных - адсутнічаюць працэсы апісваных пераўтварэнняў. Легіраванне сталі нікелем, марганцам, хромам спрыяе фармаванню аустенита як асноўны трывалай структуры, якая не патрабуе дадатковых уплываў. Аустенитные сталі адрозніваюцца высокай трываласцю, каразійнай устойлівасцю і цеплатрывалых, гарачатрывалага і ўстойлівасцю да складаным агрэсіўным умовам працы.

Аустенит - гэта структура, без адукацыі якой немагчыма ні адно Высокатэмпературнае награванне сталі і якая ўдзельнічае практычна ва ўсіх спосабах яе тэрмічнай апрацоўкі з мэтай паляпшэння механічных і тэхналагічных уласцівасцяў.