Горячая деформация слитка.Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства металла.

Холодная деф. проводиться при тем-рах ниже тем-ры рекристаллиз. и сопровождается наклёпом (наготовка).Гор. деф. провод-ся при тем-рах выше тем-ры рекристаллиз. Пригорячей деф. наклёп не происходит поскольку этот наклёп сразу устраняется рекристаллизацией.

Тем-ра рекристаллиз. для чистых металлов м.б. рассчитана исходя из соотношения предложенного Бочваром А.А.: T_p=a*T_пл , а=0,2…0,6.

Отжиг, обеспечивающий получение рекристаллиз. стр-ры после холодной пластической деформации наз-ся рекристаллизационным отжигом. Рекрист. отжиг проводиться как межоперационная обработка после операций холодной пластической деформации.От размера зерна вообще и после рекристаллиз отжига в частности зависят св-ва металла. Чем мельче зерно, тем выше механические св-ва. Чем крупнее зерно, тем ниже мех-кие св-ва, но выше магн. или электр. св-ва. Поэтому, например, трансформаторную сталь после холодной деф-ции подвергают рекрист. отжигу с тем, чтобы как можно больший размер зерна можно было получить.

23.Компоненты,фазы и структурные составляющие в системе Fe-C (Fe-Fe₃C)

Выше линии АБСД-жидкость, Ф – феррит, А-аустенит, Ц – цементит, П – перлит, Л – ледобурит (эвтектика,А+Ц,при низк температурах П+Ц). Компонента 2: жидкость + С, L+ Ц;

фазы: L, Ф, А, Ц, графит, П – эвтектоид (Ф+Ц,перлит)
Вид линий диаграммы Fe-Cзависит от типа образующихся в процессе кристаллизации фаз и от того,какие превращения происходят при охлаждении твердого сплава. Поск-ку С обладает способностью в атомарном виде размещаться в крист решетке железа, то при затвердевании расплава могут образовываться твердые растворы внедрения на основе решеток 2х высокотемпературных модификаций железа: δ-Fe, (гамма) γ- Fe . Если углерода меньше 0,5 %,то в начале из расплава кристализ-ся δ – твердый раствор, который при последующем охлаждении перекристализ-ся в γ-тверд раствор. В сплавах, содержащих больше 0,5 % ,но меньше 4,3 %, из расплава сразу кристалл-ся γ-тверд раствор. Поскольку он так же как и δ – твердый раствор не может существовать при низких температурах,то γ-тверд раствор при охлаждении превращается в твердый раствор α (альфа). Т.о. сплавы железа с углеродом могут существовать кристаллы 3х тверд растворов: δ,γ и α, образующихся на основе 3х аллотропических модификаций чистого железа. Алоферрит тверд наз-ся ферритом и содержит больше 0,025 % углерода при темп 727 градусов. По своим св-вам он близок к чистому железу. γ-тверд раствор наз-ся аустенитом и он может содержать в себе до 2,14 % углерода. Помимо тверд раст-ров железа и углерода образуется тверд хим соед-ния Fe₃C –карбид железа (цементит).

 

 

24 25. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fe3C) (Стали)

Ж+F – ферритная область.

F+A – ферритная + аустенитная.

Л – ледебурит

ЦI – цементит первичный.

Железо – металл, плавящийся при температуре 1539оС и относящийся к полиморфным.

Полиморфизм – это возможность существования металлов в различных кристаллических модификациях.

В интервале 1539 оС – 1392 оС железо имеет ОЦК решетку.

В интервале 1392 оС – 911 оС железо имеет ГЦК решетку.

При температуре менее 911 оС железо имеет ОЦК решетку.

При температуре 768 оС железо из ферромагнитного переходит в паромагнитном состояние, т.е. становится немагнитным. Это т.н. точка Кюри.

Железо сравнительно мягкий металл: sв=250 МПа, НВ 80.

Цементит – химическое соединение, отвечающее формуле Fe3C. Образуется при строго определенном количестве атомов Fe и C, причем доля C составляет 6,67%. Цементит является наиболее твердой фазой железоуглеродистых сплавов (НВ 800). При нагреве в определенных условиях цементит может распадаться с образованием железа и углерода в свободном состоянии в виде графита. Способность цементита к разложению положена в основу получения чугунов.

На диаграмме состояния железа-цементит линия ABCD – линия липидус, а AHIECF – солидус.

На диаграмме состояния есть две области, прилегающие к ординате, на которых откладывают температуру компонента железа, область феррита и область аустенита. Вообще на диаграмме можно выделить 4 фазы: жидкость, феррит, аустенит и цементит.

Феррит – твердый раствор углерода в a-железе. Феррит имеет ОКЦ решетку. Чисто ферритные области: AHN (1539 оС – 1392 оС) (высоко температурный феррит) и AGPQ (911 оС и до комнатной).

Аустенит – твердый раствор углерода в g-железе. Имеет ГЦК решетку. Область чистого аустенита MIESG.

На диаграмме видно три горизонтальных линии, при температуре которых протекают нонвариантные рекации (С=0).

По линии HIB при Т=1499 оС протекает перитектическая реакция, в результате которой жидкость состава точки B взаимодейст­вует с кристаллами феррита в точке Н с образованием кристаллов аустенита в точке I.

По линии ECF при Т=1147 оС протекает эвтектическая реакция, в результате которой жидкость в точке C распадается на аустенит в точке E и цементит. Механическая смесь аустенита и цементита в интервале T=1147 оС – 727 оС получила название ледебурит.

По линии PSK при Т=727 оС протекает эвтектоидная реакция, в результате которой аустенит в точке S распадается на феррит в точке P и цементит. Механическая смесь феррита и цементита получила называние перлит.

Эвтектика отличается от эвтектоида тем, что первая протекает с участием жидкой фазы. Вторая является результатом распада твердого раствора. В связи с тем, что при температуре меньше 727 оС аустенита быть не может, ледебурит видоизменяется и в интервале T=727 оС – 20 оС ледебурит – механическая смесь из перлита и цементита.

На диаграмме видны линии ограниченной растворимости (PQ и SE).

При Т=20 оС количество углерода, способного раствориться в ОЦК решетке феррита составляет 0,01% (в точке Q). При Т=727 оС количество углерода, способного раствориться в ОЦК решетке феррита составляет 0,02% (в точке P). Следовательно, при охлаждении избыток атомов углерода должен выделиться из ОЦК решетки, но не в чистом виде, а в виде цементита третичного. Аналогичное наблюдается и при растворении углерода в ГЦК решетке, если при Т=727 оС (точка S) углерод составляет 0,8%, то при Т=1147 оС (точка Е) – 2,14%. При охлаждении избыток атомов углерода должен выделиться из ГЦК решетки, но не в чистом виде, а в виде цементита вторичного. По химическому составу цементит первичный, вторичный и третичный не отличаются. Это для того, чтобы отличить цементит, выделившийся из жидкости, из аустенита и из феррита.

Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14% называют сталь. Стали подразделяются на доэвтектоидные, с содержанием углерода до 0,8% (феррит + перлит), эвтектоидные – 0,8% (перлит), заэвтектоидные –от 0,8% до 2,14% (перлит + цементит II). Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода более 2,14% называют чугунами: доэвтектоидные –от 2,14% до 4,3% (перлит + ледебурит + цементит), эвтектический –4,3% (ледебурит), заэвтектический – от 4,3% до 6,67% (ледебурит + цементит I).

 

по лекции: Линии,образующие треуг-ки в левом углу связана с аллотропическим превращением железа и перекристализ-ей δ – тверд раствора в γ-тверд раствор. эта фаза-переход не играет почти никакой роли при тех обработке стали. Диагр сост-я Fe – Ц представляет собой как бы 2 совмещенные и немного сдвинутые одна относит-но другой диаграммы с ограниченной растворимостью. Верхняя диагр относится к процессам первичной кристал-ции выше линии ЕСF, а ниже – к процессам вторичной крист-ции, т.к. эти процессы происходят в тверд состоянии. Поск-ку С способен растворяться в решетке γ-Fe до 2,14 %,то при кристалл-ции жид сплавов,содержащих не более 2,4 % углерода, из жид-сти будут появляться кристаллы трерд раствора аустенита γ-Fe различной концентр-ции в зависимости от состава сплава. Линии ВС будет соответствовать началу кристалл-ции аустенита,а линия JЕ – концу кристалл-ции. При концентрации сплава более чем 2,14% С, т.е. правее точки Е, избыточный С уже не может размещаться в крист-кой решетке железа; образует кристаллы Fe₃C. Т.о для сплавов,расположен-х правее т-ки Е, в результате кристалл-ции должна появл-ся мех смесь аустенита и цементита.Если состав сплава будет точно соответствовать 4,3% С, то при крист-ции при t=1147 одновременно будут возникать кристаллы аустенита и цементита,образуя эвтектическую смесь,наз-мую ледебуритом. Кристал-ция сплавов,лежащих по составу между точками Е и С, начнется с образования аустенита. В процессе охлаждения состав как жидкой так и твердой фазы будет меняться и при достижении t=1147 линии ЕСF состав жидкости будет соответствовать 4,3% С.а тверд фаза аустенита – 2,14%. Это положение справедливо для любых сплавов из линии ЕСF. На линии солидус ЕСF из жидкости будет кристаллизоваться ледебурит. Аналогично будет происходить кристалл-ция сплавов,лежащих правее тоски С ,с той лишь разницей,что вместо аустенита будет выделяться Цементит1; состав жид-сти будет меняться по кривой ДС, и при достижении t=1147 из оставш-ся жид-сти будет о5 кристал-ся ледебурит.Линия ЕСF наз эвтектической линией.

Сплавы железа и С, содержащие с менее чем 2,14% С, наз-ся сталями. Все стали при высокой температуре имеют структуру аустенита и, ввиду его хорошей пластичности, стали обабатыв-ся давлением.Если содержание С будет больше,чем 2,14%, то в струк-ре появл-ся хрупкая ледебуритная эвтектика, и обработка давлением обычными способами становится невозможной.Но существуют способы…Понижение температуры вызывает ряд превращений аустенита,вследствие которых он перестает существовать. Превращения происходят по-разному ,в зависимости от содержания С в сплаве.Если сталь содержит менее,чем 0,8 %,т.е. правее точки S , то при охлаждении до температуры,соответствующей линии GS, начинается перекристал-ция аустенита с образованием зерен перлита. Точка G на температурной оси чистого железа (911 градусов) соответствует температуре аллотропического превращения γ-Fe в α-Fe.Увеличение конц-ции С снижает температуру аллотропического превращения. По мере охлаждения сплавов кол-во феррита увелич-ся , а аустенита-уменьшается. Одновременно увел-ся концентр-ция С в аустените,что можно определить,используя правило отрезков;Но при этом увел-ся так же и соед-ние С и в феррите до 0,025%. Содержание С в аустените (А) будет 0,8%,а в феррите (Ф) – 0,025%.В А с С 0,8% при охлаждении до 727 гр одновременно происходит образование Ф, вследствие аллотропного превращения и образование Ц.Поск-ку С уже не может находиться в решетке железа в прежнем количестве,то образование смеси Ф и Ц происходит по тем же законам,что и эвтектические смеси, с тем же различием,чтов данном случае эта дисперсная механич смесь разнотипных кристаллов возникает из тверд,а не из жидкого состояния,поэтому такая мех смесь наз эвтектоидом. Эвтектоид,состоящий из мех смеси Ф и Ц, наз перлитом. Т.о образом происходит превращение и для сплавов, содержащих > чем 0,8%С, за исключением сплавов,лежащих левее точки Р,т.к. в етой области содержание С не превышает 0,025% и струк-ра будет представлять из ся Ф. При температуре ниже 727 гр РQ из перлита будет выделяться Ц_III 1%. Подобным образом превращения будут происходить в сплавах,лежащих правее точки Е. При охлаждении сплавов с 1147 до 727 гр концентр-ция С в избыточном А, не входящем в эвтектику и в А эвтектичного состава, будет изменяться в соответ-вии с линией ЕS, в результате чего образ-ся кристалл Ц_II, а концентрация С снизится до 0,8% при 727гр,т.е. А приобретает перлитную конц-цию и превращ-ся в эвтектоид.На линии РSK 727гр образуется перлит и онаназ-ся перлитной линией. Точка С и S, в которых весь объем сплава превращается в эвтектику, наз-ся (С) эвтектической точкой и эвтектоидной (S).

Классификация сплава системы железо-Ц. Все сплавы данной системы делят на 3 большие группы: 1)технической железо;2)стали и 3)чугуны. Рассмотрим 2)стали – Fe с С, в котором содержание С больше предельной растворимости в α-Fe 0,025% и меньше его предельной растворимости в γ-Fe 2,14% между точками Р и Е. Принципиальное отличие технического железа от стали заключаеца в том,что в стали присутствует эвтектоидная смесь- перлит,а в тех железе его нет.

Стали в свою очередь делятся на 3 группы: 1)0,025-0,8% - в структуре присутствует Ф+П (доэвтектоидные стали); 2) 0,8% С , структура- чистый П (эвтектоидные стали); 3) 0,8-2,14 %, состоит из П и Ц_{II (}заэвтектоидные стали).

 

25. 3)чугуны – сплавы Fe с С , в которых соединение С больше его растворимости в γ-Fe,т.е. все что правее точки Е. принципиальное отличие чугунов от стали заключается в том,что в их струтуре находится эвтектоидная смесь- ледебурит, а в стали – нет. Исключение: в некоторых сталях содержане С м.б. больше 2,14%, - это стали ледебуритного класса.

Чугуны так же делятся на 3 группы: 1)2,14-4,3% С – состоит из П+Л -(доэвтектические); 2)4,3% С – только Л (ледебурит) – (эвтектические) самые легкоплавкие; 3)больше 4,3 % С – содержит Ц_II+Л – (заэвтектические чугуны).