Превращения аустенита.

Задачи работы: провести анализ диаграммы изотермического превращения аустенита, изучить методику ее построения, построить диаграмму изотермического распада аустенита для стали У8.

Теоретические сведения. Диаграмма изотермического превращения аустенита (С-образная диаграмма)- графическое изображение фазовых превращений, которые претерпевает аустенит при различных степенях переохлаждения ниже критических точек А1 и А3. На рисунке 10 приведена диаграмма для эвтектоидной стали (0,8% С).

Рис.10.Диаграмма изотермического превращения аустенита стали,

содержащей 0,8% углерода.

На диаграмме имеются три области:

-выше линии, соответствующей критической точке А1- область устойчивого аустенита (А).,

-между линиями А1 и Мн- область диффузионного превращения аустенита в смесь феррита и цементита.,

-между линиями Мн и Мк- область бездиффузионного превращения аустенита в мартенсит, так называемого мартенситного. Точки Мк и Мн означают начало и конец превращения аустенита в мартенсит.

Левее первой С-образной кривой находится переохлажденный аустенит (А׳).Первая левая С-образная кривая соответствует началу диффузионного превращения аустенита, вторая правая С-образная-концу.

Выше перегиба С-образных кривых температура достаточна для активного протекания диффузионных процессов и происходит полное, так называемое перлитное превращение переохлажденного аустенита в пластинчатую смесь феррита и цементита. Вблизи критической точки А1 при малой степени переохлаждения получается крупнопластинчатая смесь феррита и цементита, именуемая перлитом. С увеличением степени переохлаждения пластинчатая смесь все больше измельчается и при более низких температурах сначала получается сорбит, а затем троостит.

Ниже перегиба С-образных кривых и до линии Мн температура недостаточна для полного завершения диффузионного процесса превращения аустенита в смесь феррита и цементита, и превращение носит черты как диффузионного перлитного превращения, так и бездиффузионного мартенситного. Поэтому оно нередко называется промежуточным. Ближе к перегибу С-образной кривой получается верхний бейнит, имеющий перистое строение. Ближе к линии Мн образуется нижний бейнит, имеющий игольчатое строение.

Продукты диффузионного превращения аустенита существенно отличаются по своим механическим свойствам. Чем ниже температура, при которой они получаются, тем выше их прочность и твердость, ниже пластичность и ударная вязкость.

Мартенситное бездиффузионное превращение происходит в интервале температур Мн и Мк при непрерывном и сравнительно быстром охлаждении. В результате получается структура, называемая мартенситом. Это характерная структура закалки отличается более высокой твердостью и низкой пластичностью, чем продукты диффузионного распада аустенита. Она получается при охлаждении аустенита со скоростью больше критической Vкр (рис.15 кривая 1).

Критической скоростью закалки называется минимальная скорость охлаждения, при которой весь аустенит переохлаждается до мартенситной точки Мн и превращается в мартенсит. С увеличением содержания углерода до 0,8% и введением в сталь легирующих элементов, кроме Со, С-образные кривые смещаются вправо и критическая скорость закалки уменьшается, увеличивается прокаливаемость стали- глубина закалки.

Все легирующие элементы, кроме Со и Аl, как и увеличение содержания углерода, значительно снижают точки Мн и Мк и при положении Мк ниже 20ºС способствуют образованию в стали после закалки остаточного аустенита.

Диаграмма изотермического превращения аустенита имеет большое практическое значение. На основании диаграммы разрабатывают режимы таких видов термообработки, как ступенчатая и изотермическая закалка( рис.15, соответственно кривые охлаждения 2 и 3), выбирают охлаждающую среду и т.д. Существует ряд методов построения диаграммы изотермического превращения аустенита: магнитный, дилатометрический, микроструктурный, метод пробных закалок.

В настоящей работе используется метод пробных закалок, как наиболее простой и наглядный. Сущность его состоит в следующем. Из исследуемой стали вырезают образцы-диски диаметром 10-15мм и толщиной 1,5-2мм и в каждом из них около края просверливают отверстия диаметром 1,5-2мм, в которые вставляют проволоку с крючком. Затем образцы с проволочками нагревают в печи (или соляной среде) до температуры, при которой получается устойчивый аустенит (выше критических точек А1 или А3), выдерживают при этой температуре и быстро переносят их в среду с заданной температурой изотермической выдержки, например 700, 600, 500, 400º или tºС (рис.11)

Рис.11.Схема пробных закалок при изотермической обработке.

Обычно для этой цели используют расплавленные соли (селитры). В изотермической среде каждый образец выдерживают определенное время, допустим, 1, 2, 3, 5, 10, 100, 200с или больше, что зависит от состава стали, и быстро охлаждают в воде со скоростью, больше критической. Если при изотермической выдержке, например при температуре tºв (точки а, б, в), не произошло диффузионное превращение переохлажденного аустенита, то при последующем охлаждении в воде он превратится в мартенсит, т.е. произойдет закалка образца. Но как только переохлажденный аустенит при выдержке (точка г) начнет превращаться в феррит и цементит, при последующей закалке мартенсита будет получаться меньше. Наконец, после полного превращения аустенита в эту смесь (точки д и е) мартенсит при закалке вовсе не будет получаться. При больших выдержках и закалке структура образцов останется без изменений.

Если после закалки, например, от температуры изотермической выдержки tºв у каждого образца замерять твердость на приборе Роквелла, то можно получить определенную графическую зависимость между временем изотермической выдержки и твердостью.

Подобные кривые изменения твердости в зависимости от длительности изотермической выдержки строят и для других температур. Затем по найденным точкам начала и конца распада аустенита при заданных температурах изотермических выдержек строят С-образные кривые, наносят линии, соответствующие критическим точкам А1(А3- для доэвтектоидных сталей), Мн и Мк (рис.16). Чем больше будет использовано температур изотермических выдержек, тем более точными получаются С-образные кривые.

Порядок выполнения работы.

Для работы необходимо иметь образцы-диски, вырезанные из стали У8 и из стали ХВГ.

1.Нагреть образцы каждой марки до аустенитного состояния в отдельной муфельной печи.

2.Закалить первые образцы каждой марки в воде, остальные перенести в ванну с расплавленной солью и выдержать их при 400º в течение различного времени (2,4,6,8с и т.д.), а затем охладить в воде.

3.Зачистить обе поверхности образцов, на одной из них на приборе Роквелла измерить твердость и результаты занести в протокол.

4.По результатам измерения твердости образцов обеих марок построить график изменения твердости в зависимости от времени изотермической выдержки и по нему определить момент начала и конца превращения аустенита в смесь феррита и цементита при 400ºС.

5.Построить диаграмму изотермического превращения аустенита для стали марки У8 (изотермические выдержки при 700, 550 и 400ºС). Начало и конец изотермического превращения аустенита при температурах 700 и 550ºС, положения точек А1, Мн и Мк определить по справочнику.