Контрольная работа

Контрольная_работа на тему Третья стадия превращений в закалённой стали при отпуске

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-07-02

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 26.11.2024


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тюменский государственный университет

Кафедра ФММ

Контрольно-курсовая работа по дисциплине «Теория термической обработки металлов и сплавов» на тему «Третья стадия превращений в закалённой стали при отпуске»

Выполнил

П.В. Фомина

Тюмень 2010

Содержание

Введение

1. Третья стадия превращений в закалённой стали при отпуске

2. Влияние легирующих элементов на карбидное превращение

3. Список использованных источников

Введение

Отпуск – это термическая обработка закаленного на мартенсит сплава (или металла), при которой главным процессом является распад мартенсита. [1]

Структура закаленной стали состоит преимущественно из мартенсита и остаточного аустенита, которые являются метастабильными и стремятся перейти в более равновесное состояние.

Особенностями строения закаленной стали являются высокое пересыщение мартенсита, повышенная плотность дефектов кристаллической решетки – дислокаций и присутствие остаточного аустенита.

С учетом особенностей строения закаленной стали распад пересыщенного твердого раствора (мартенсита) осложняется распадом переохлажденного аустенита, развитием процессов полигонизации и рекристаллизации в мартенсите и процессами коагуляции и сфероидизации цементита.

При отпуске закаленную сталь нагревают до температур ниже точки ; чем выше температура нагрева, тем более подвижными становятся атомы углерода и матрицы, тем вероятнее переход к более стабильному состоянию. По мере нагрева в сталях происходят следующие превращения.

Нагрев 20-80 °С . Стадия предвыделений.

Проходят подготовительные процессы внутри кристаллов перед их распадом. Атомы углерода перемещаются к дислокациям, занимая энергетически более выгодные позиции, этому способствует сильное пересыщение мартенсита углеродом и громадная плотность дислокаций. При нагреве атомы углерода могут образовывать в мартенсите кластеры (плоские зоны) вдоль плоскостей [110] или [112]. Сегрегация атомов углерода в виде примесных атмосфер на дефектах решетки и кластеров является первым изменением в тонком строении мартенсита при отпуске. [2]

Нагрев 80-300 °С. Превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска.

В интервале температур 80-300 °С идет превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска, параллельно этому превращению идет выделение промежуточных карбидов, прямо из кластеров углерода путем небольшой перестройки их решетки или непосредственно из α-раствора. Образующиеся карбидные фазы, при последующем нагреве превратятся в цементит.

В результате превращений образуется структура отпущенного мартенсита, представляющая собой гетерогенную смесь пересыщенного твердого раствора и дисперсных частиц промежуточного карбида при сохранении когерентности решеток этих фаз. Под микроскопом структура игольчатая, лучше травимая, чем мартенсит закалки.

Нагрев от 300 °С и выше. Карбидное превращение.

Это превращение связано с появлением дисперсных карбидов Fe3C шаровидной формы вместо тонкопластинчатых, когерентно связанных ферритом. Это превращение мы рассмотрим более подробно, чем предыдущие.

1. Третья стадия превращений в закаленной стали при отпуске

В области температур третьего превращения при отпуске происходит образование карбида Fe3C, которому предшествовало выделение карбидных фаз, отличных от предсказаваемых диаграммой железо-углерод.

Б.А. Апаев, используя специальную методику магнитного анализа, изучив влияние температуры, времени нагрева и содержания углерода на карбидные превращения при отпуске, сделал вывод, что существуют карбидные фазы: низкотемпературный χ (хи)-карбид с точкой Кюри 265 °С (температура точки Кюри цементита равна 210 °С); ε-карбид, который устойчив ниже 200 °С, а при температуре выше 450 °С интенсивно превращается в Fe3C. В низкоуглеродистой стали (<0,4-0,6%С) с повышением температуры нагрева осуществляются следующие превращения: мартенсит ε-карбид (FeхC) Fe3C.[4]

В стали с 0,6-1,2 % С на первом этапе отпуска образуется ε-карбид. На втором этапе ε-карбид одновременно превращается в χ-карбид и Fe3C. Третий этап карбидообразования заключается в превращении χ-карбида в Fe3C. Температурные зоны существования различных карбидных фаз в зависимости от содержания углерода в стали показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Область существования карбидных фаз при отпуске закаленной углеродистой стали

Образование цементита Fe3C начинает происходить уже при температурах выше 250 °С, а наиболее активно продолжается в интервале 300-400 °С.

Цементит Fe3C - более стабильная фаза, обладающая меньшей объемной энергией Гиббса, чем промежуточный карбид.

Установлены два механизма зарождения цементита. Во-первых, цементит выделяется прямо из пересыщенного α-раствора, причем рост частиц Fe3C сопровождается растворением выделений ранее образовавшегося менее стабильного карбида. Во-вторых, цементит образуется перестройкой решетки промежуточного карбида в решетку Fe3C (в пределах объема частиц промежуточного карбида).

После отпуска при 300 °С основную массу карбидной фазы составляет цементит, отличающийся от высокотемпературного цементита несколько меньшим объемом элементарной ячейки и наличием дефектов кристаллической структуры. При более высоких температурах отпуска (450 - 480 °С) единственной карбидной фазой, присутствующей в стали, является высокотемпературный «равновесный» цементит.

При повышении температуры и (или) увеличении продолжительности отпуска возрастает концентрация углерода в карбидной фазе от 2 в ε до 3 в цементите.

При сравнительно низких температурах цементит растет в виде дисперсных пластин, полукогерентных матрице. Размер цементитных пластин различен. Концентрация углерода в α-растворе около относительно мелких частиц выше, чем около более крупных. Эта разность концентраций обеспечивает диффузию углерода в α-растворе от более мелких цементитных частиц к более крупным. В результате выравнивающей диффузии α-раствор становится ненасыщенным около мелких частиц и пересыщенным около крупных. Более мелкие цементитные частицы растворяются, а более крупные подрастают. Цементит выделяется из α-раствора на крупных частицах вдали от их вершин и ребер, и форма крупной частицы приближается к сферической. Таким образом, переносом вещества через раствор осуществляются коагуляция и сфероидизация цементита при отпуске стали. Ниже 350 °С эти процессы развиты очень слабо. По-настоящему интенсивная коагуляция и сфероидизация начинаются с 350 - 400°С. Выше 600 СС все частицы цементита сферические и идет только их коагуляция. При изотермической выдержке коагуляция цементита интенсивно развивается в течение короткого времени (первого часа) и затем затухает. Средний размер цементитных частиц растет с повышением температуры отпуска.

Процессы карбидообразования в зависимости от того, происходят они в мартенситных кристаллах, содержащих двойники, или в кристаллах без двойников, сильно различаются.

В кристаллах без двойников при отпуске 300 °С карбидная фаза формируется в виде нескольких систем параллельных тонких пластинок, ориентация которых соответствует определенным кристаллографическим направлениям матрицы. После отпуска стали при 300° С наряду с частицами ε-карбида образуются частицы цементита, обладающего ромбической решеткой, параметры которой совпадают с параметрами решетки нормального цементита, который образуется при высокотемпературном (550-600 °С) отпуске стали. Тем не менее, возникшая при 300 °С цементитная фаза существенно отличается от «равновесного» цементита Fe3C; это относится к некоторым физическим свойствам, а также к деталям тонкого кристаллического строения.

В кристаллах мартенсита с двойниками, в которых ε-карбид при низкотемпературном распаде мартенсита не образовывался, после отпуска в интервале третьего превращения можно наблюдать относительно грубые пластинки цементита, расположенные по границам двойников и реже по границам бывших мартенситных кристаллов. На свободных от двойников участках наблюдаются пластинчатые выделения ε-карбида и цементита.

После достаточно длительного отпуска при высоких температурах (выше ~600°С), когда в результате коагуляции цементитных частиц закрепление границ ослабевает, происходит рекристаллизационный рост исходных высокоугловых границ. Микроструктура при этом теряет характерные морфологические признаке реечного мартенсита.

В высокоуглеродистых сталях из-за сильного торможения миграции границ частицами цементита рекристализационный рост зерен α-фазы идет еще труднее и «игольчатый» характер структуры сохраняется до температур отпуска около 650 °С.

После отпуска при 300 - 450 °С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска. В интервале температур 450 - 650 °С получается сорбит отпуска. Его двухфазное строение отчетливо выявляется при больших увеличениях светового микроскопа. Высокие температуры отпуска приводят к потере игольчатого вида сорбита, который приобретает явное точечное строение.

Цементитная фаза, образующаяся в стали после отпуска при температурах, соответствующих началу третьего превращения, содержит плоские дефекты упаковки.

Некоторую разницу в кристаллической структуре цементита, образующегося при температурах третьего превращения, от высокотемпературного объем элементарной ячейки цементита после отпуска стали при 350—400° С меньше объема элементарной ячейки высокотемпературного цементита или цементита отожженной стали. При дальнейшем повышении температуры отпуска объем элементарной ячейки цементита увеличивается и приближается постепенно к объему элементарной ячейки стабильного цементита. Это можно объяснить образованием на рассматриваемой стадии отпуска цементита нестехиометрического состава, характеризующегося наличием вакантных мест в кристаллической решетке и дефицитом по углероду.

Весьма интересные данные о кинетике и последовательности изменений в карбидной фазе в процессе отпуска при 250—300°С были получены при наблюдении за изменениями структуры в одном и том же участке кристалла мартенсита, не содержащего двойников, который подвергался нагреву непосредственно в колонне электронного микроскопа. Отпуск при 300° С еще не приводит к образованию цементитной фазы в таких участках сплава - на микроэлектронограмме фиксируются отражения от а-фазы и е-карбида. При увеличении выдержки до 70 мин усиливается дифракционный контраст от выделений и на электронограмме появляются отражения, соответствующие цементиту; при этом отчетливо виден рост карбидных частиц, выделившихся вдоль границы мартенситного кристалла; по-видимому, одновременно с увеличением размеров карбидов происходит частичный переход е-карбида в цементит. Принципиальным моментом в данном случае является то обстоятельство, что процесс превращения е-карбида в цементитную фазу происходит, в определенной степени, за счет растворения частиц е-карбида и роста кристаллов цементита, имеющих, по-видимому, благоприятную кристаллографическую ориентировку. Основанием для такого заключения является то, что в процессе отпуска увеличивается размер цементитных частиц, выделившихся по границам мартенситного кристалла, и уменьшается количество более мелких выделений е-карбида. Такой процесс хорошо наблюдать при отпуске в области 380—400° С. Исчезновение мелких карбидных частиц и увеличение числа крупных сопровождается исчезновением отражений от решетки е-карбида, и на дифракционной картине наблюдаются лишь рефлексы от цементита. При увеличении выдержки в условиях изотермического отпуска (свыше 20 мим при 380° С) картина существенно не меняется.

Следует особо отметить, что после отпуска при 250— 350° С дифракционные пятна цементита оказываются вытянутыми в направлении [001] ромбической решетки, а некоторые из них смещены в этом же направлении. Кроме того, между пятнами цементита имеются слабые соединительные линии, также расположенные в направлении [001] цементита. Такого рода эффекты могут возникнуть при плоских нарушениях укладки атомов в решетке цементита. Последние могут образоваться в результате реализации такого механизма превращения е-карбида в цементит, когда в плоскости (001) решетки цементита на определенном протяжении перехода атомов железа из их положений в гексагональной плотноупако-ванной решетке в новые положения, соответствующие решетке цементита, не происходит.

Этот процесс может происходить при перестройке решетки е-карбида в ромбическую решетку цементитной фазы по механизму, который был впервые рассмотрен Джаком [3].

Аналогичные наблюдения В.Н. Гриднев и Ю.Н. Петров осуществили на низкоотпущенных кристаллах двойникового мартенсита при его последующем нагреве в микропечи электронного микроскопа. Повышение температуры отпуска до 280° С приводит к ослаблению контраста от двойников, хотя на дифракционной картине сколько-нибудь существенных изменений по сравнению с низкотемпературным отпуском (200° С) зафиксировать не удается.

Отпуск при 380° С даже сравнительно кратковременный (15 мин) вызывает значительное укрупнение отдельных частиц цементита, расположенных по границам двойников, и усилением их контраста; в то же время во многих участках тонкие пластинки выделившейся карбидной фазы растворяются.

Вновь образующиеся карбиды в ряде случаев дают дифракционный контраст, подобный контрасту от дефектов упаковки. Низкотемпературный дефектный цементит превращается, таким образом, в высокотемпературную цементитную фазу, структура которой также характеризуется значительным количеством несовершенств. Микродифракционная картина в этом случае соответствует ромбической решетке с параметрами: а=0,451 нм (4,51 А); 6=0,508 нм (5,08А); с=0,673юи (6,73 А).

Смещение некоторых рефлексов и появление тонких полосок в направлении [001] может свидетельствовать о существовании плоских дефектов в системе плоскостей (001) возникающего карбида цементитного типа с ромбической решеткой.

Повышение температуры отпуска до 400 - 500 °С приводит к завершению изменений в кристаллической структуре карбидной фазы стали. Наблюдаются частицы цементита, ориентированные определенным образом по отношению к матрице. В твердом растворе, где имеются двойниковые образования, наблюдается интенсивный рост ромбического цементита по границам двойников, постепенном уменьшении степени дефектности кристаллической решетки цементита. При температуре отпуска 600° С происходит заметная коагуляция частиц цементита.

Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют о том, что при третьем превращении происходят изменения как в структуре матрицы стали, так и в карбидной фазе. Изменения в α-фазе заключаются в окончательном выделении из твердого раствора углерода, который в незначительном количестве сохраняется в позициях внедрения при нагреве до 250 – 300 °С и снижении плотности структурных несовершенств. Метастабильные карбидные фазы - ε-карбид и низкотемпературный дефектный цементит - превращаются в температурном интервале третьего превращения в наиболее стабильный карбид железа - цементит.


1. Курсовая Повышение эффективности производства на компании ТНК путем ввода новых скважин
2. Реферат Демографическая политика
3. Реферат на тему The Girl Essay Research Paper It had
4. Диплом на тему Современное состояние и стратегические ориентиры молодежной политики в Санкт-Петербурге
5. Реферат на тему Second Amendment Essay Research Paper The Second
6. Контрольная работа Классификация программ офисного назначения
7. Биография на тему Швейцер Альберт
8. Реферат Анализ нефтеперерабатывающей промышленности России
9. Задача Зовнішня та внутрішня винагорода Роль винагороди у мотивації
10. Реферат Анализ методик прогнозирования кризисной ситуации коммерческих организаций с использованием фина