ВУЗ:
Цель закалки конструкционных и инструментальных сталей –
достижение максимально высокой твердости и прочности. Сущность
закалки заключается в получении пересыщенного твердого раствора.
Пересыщение твердого раствора вызывает искажения кристаллической
решетки, которые приводят к появлению дислокаций, компенсирующих эти
искажения. Высокая плотность дислокаций затрудняет пластическую
деформацию в металле и повышает его прочность и твердость.
Закалка применима к сплавам, в которых могут образовываться
ограниченные твердые растворы. При нагреве таких сплавов увеличивается
растворимость компонентов. Если охлаждать сплав с большой скоростью, не
оставляя времени на диффузию, то в процессе охлаждения выделение
избыточных атомов растворенного компонента не произойдет. Тогда при
комнатных температурах зафиксируется пересыщенный твердый раствор. Еще
большее пересыщение может быть получено в сплавах, которые испытывают
полиморфные превращения при нагреве и охлаждении. Наибольший эффект
при закалке наблюдается в железо-углеродистых сплавах – сталях. Аустенит
(твердый раствор углерода в γ-железе) может растворить углерода в сотню раз
больше, чем феррит (твердый раствор углерода в α-железе). Поэтому, если
нагревать сталь выше температур перестройки решетки и охлаждать, не давая
углероду возможности выделяться из аустенита, то при обратной перестройке
решетки возникает очень большое пересыщение α-железа атомами углерода
которое и вызывает значительное изменение свойств стали.
Скорость охлаждения, при которой углерод не успевает выделяться из
твердого раствора, называется критической скоростью охлаждения. Она
может быть определена по диаграмме изотермического превращения
переохлажденного аустенита для каждой стали. Геометрически это касательная
к кривой начала превращения аустенита в феррито-карбидную смесь.
На рис. 1 представлена диаграмма изотермического превращения (или
С-образная диаграмма) для стали с 0,8 % углерода.
Для углеродистых сталей время до начала распада аустенита очень мало
(τ
инк
= 0,5÷1,0 с), и критическая скорость достигается только при охлаждении в
воде или в водных растворах солей
При очень малой скорости охлаждения (V
1
) аустенит будет превращаться
в перлит (грубая смесь кристаллов феррита и цементита). С увеличением
скорости охлаждения (V
2
и V
3
) число центров зарождения феррита и цементита
увеличивается и размеры кристаллов этих фаз уменьшаются. Более дисперсные
(мелкозернистые) структуры – сорбит, троостит – имеют более высокую
твердость, чем перлит. При скорости охлаждения больше V
кр
превращение
аустенита в смесь феррита и цементита произойти не может, так как скорость
диффузии углерода при температурах ниже 200 °С очень мала. Однако
γ-решетка должна перестроиться в α-решетку, обладающую меньшим запасом
энергии при низких температурах. Образуется пересыщенный твердый раствор
углерода в α-железе. Решетка железа сильно искажается, становится
тетрагональной, а не кубической. Возникает большое количество дислокаций и
17
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- …
- следующая ›
- последняя »
