Критичні точки сталей (точки чернова) - студопедія
Відкриття Д. К. Черновим в 1886 р критичних точок сталі послужило фундаментом для створення науки про метали і побудови діаграми залізовуглецевих сплавів. Найважливіше значення робіт Чернова - встановлення зв'язку між обробкою стали, її структурою та властивостями. Це забезпечило можливість призначення режимів термічної обробки сталей.
Критичні точки сталей позначають буквою А з індексом, що вказує, якому процесу відповідає критична точка: нагрівання - індекс «з», охолодженню - «r». Крім того, кожна точка має постійний номер, який відповідає певній температурі (лінії діаграми).
Для визначення критичних точок сталей розглянемо «сталеву частину» діаграми на рис. 24. Перетин I тут відповідає доевтектоїдної стали (С <0,8 %). Там, где сечение пересекает линии диаграммы и будут критические точки. При нагревании сечение пересекает пунктирную линию, которая проходит через всю диаграмму от линии PQ до правой ординаты, буквенного обозначения она не имеет, ее температура – 210°С – это критическая точка Ас0 – магнитное превращение цементита (цементит теряет магнитные свойства).
Потім перетин перетинає лінію PSK, температура - 727 ° С, критична точка АС1 - перетворення перліту в аустеніт (початок перекристалізації). Далі перетин перетинає лінію МО, температура - 768 ° С, точка АС2 - перетворення заліза-альфа в немагнітне бета-залізо, сталь стає немагнітної. Подальше підвищення температури призводить до перетину лінії GS - точка Ас3. сталь переходить в однофазне аустенитное стан (кінець перекристалізації).
Температура точки Ас3 залежить від вмісту вуглецю в стали, оскільки лінія діаграми GS похила.
При охолодженні номера точок не змінюються. У точці Аr3 (лінія GS) почнеться перекристалізація стали, в точці Аr2 (768 ° С) бета-залізо переходить в магнітне альфа-залізо, в точці Аr1 (727 ° С) аустеніт переходить в перліт і закінчується перекристалізація стали, а в точці Ar0 цементит стає магнітним. Отже, доевтектоїдних стали мають критичні точки А0. А1. А2 і А3.
У заевтектоідних сталей З> 0,8% (перетин II на рис. 24). При температурі 210 ° С в точці Ас0 цементит втрачає магнітні властивості. Подальший нагрів викликає перетворення перліту в аустеніт в точці АС1. температура - 727 ° С (початок перекристалізації). Потім перетин перетинає лінію діаграми ES. На цій лінії перекристалізація закінчується і відбувається перехід стали в однофазне аустенитное стан. Точка на лінії ES номера не має, вона позначається буквою m (Асm). Температура цієї точки залежить від вмісту вуглецю в стали. Отже, заевтектоідние стали мають три критичні точки: А0. А1 і А m.
Виходячи з вищевикладеного, можна стверджувати, що евтектоїдні стали (вуглецю 0,8%) матимуть дві критичні точки: А0 і А1 (див. Рис. 24).
Як вказував Д. К. Чернов, найважливішими значеннями температури (критичними точками) стали будуть А1. А3 і А m. Від температури нагріву до зазначених значень залежать фазовий склад, структура, а отже, і властивості стали.
Отже, при охолодженні на лінії AC (див. Рис. 22) з рідкого розчину починають виділятися кристали твердого розчину вуглецю в гамма-залозі - аустеніту. По лінії CD з рідкого розчину починають виділятися кристали цементиту первинного. Під цією лінією в області CDF все сплави будуть двофазними: рідкий розчин і кристали цементиту первинного. У точці С діаграми (1147 ° С), що відповідає концентрації 4,3% вуглецю, де лінії АС і CD перетинаються, відбувається одночасна кристалізація аустеніту і цементиту первинного з утворенням дрібного суміші їх кристалів - евтектики. Евтектика в залізовуглецевих сплавах називається ледебуріта.
Чавуни, що містять менше 4,3% вуглецю, називаються доевтектичний, 4,3% - евтектичними, понад 4,3% - заевтектичних.
Доевтектичні чавуни мають в надлишку гамма-залізо, яке, розчиняючи вуглець, утворює аустенит (рис. 25, а). Тому в першу чергу в них утворюються його кристали. Так буде до тих пір, поки рідкий сплав не набуде евтектичних склад (4,3% вуглецю); після цього він кристалізується на лінії ЄС діаграми стану, утворюючи ледебурит. Після закінчення первинної кристалізації ці сплави складаються з кристалів аустеніту, оточених евтектикой, - ледебуріта.
У евтектичного чавуну, як у чистого металу кристалізація починається і закінчується в точці С при постійній і найнижчою для всіх сплавів температурі - 1147 ° С. Його структура - дрібна суміш кристалів аустеніту і цементиту - ледебурит.
Заевтектичних чавуни в надлишку мають вуглець, який сприяє утворенню, в першу чергу, кристалів цементиту первинного. За рахунок виділення вуглецю склад рідкого сплаву змінюється, і коли в ньому залишиться 4,3% вуглецю, він закінчить кристалізацію на лінії СF при температурі тисяча сто сорок сім ° C освітою ледебуріта, структура його буде складатися з кристалів цементиту первинного і ледебуріта (рис. 25, б ).
Мал. 25. Мікроструктура білих чавунів ( '500):
а - доевтектичний; б - заевтектичних
При охолодженні білих чавунів після закінчення процесу кристалізації в них будуть відбуватися структурні і фазові зміни. У доевтектичних чавунах в інтервалі температур від тисячу сто сорок сім до 727 ° C внаслідок зниження розчинності вуглецю від 2,14 до 0,8% з аустеніту буде виділятися цементит вторинний. На лінії PSK при температурі 727 ° C відбудеться евтектоїдна перетворення аустеніту в перліт і ледебурит буде складатися з перліту і цементиту. Отже, структура цих чавунів буде перліт, цементит вторинний і ледебурит (див. Рис. 25, а).
У евтектичних і заевтектичних чавунах в процесі охолодження після первинної кристалізації буде відбуватися тільки евтектоїдна аустеніто-перлітного перетворення на лінії PSK при температурі 727 ° C. Що входить в структуру цих чавунів ледебурит також буде складатися з перліту і цементиту (див. Рис. 25, б).
Класифікація та маркування вуглецевих сталей і чавунів
- по діаграмі станів - доевтектоїдних, евтектоїдні і заевтекто-ідние;
- за структурою - ферит + перліт, перліт, перліт + цементит вторинний;
- за змістом вуглецю - низьковуглецеві (менше 0,3%), середньовуглецеві (0,3 - 0,7%) і високовуглецеві (0,7% і більше);
- за ступенем розкислення і характером затвердіння - спокійні (сп), напівспокійну (пс), киплячі (кп). Киплячі стали містять мінімальну кількість кремнію (не більше 0,07%), дешеві, добре піддаються холодного листового штампування, але в порівнянні зі спокійними мають високий порігхладноломкості, і їх не можна використовувати для виготовлення відповідальних конструкцій в умовах Сибіру і Півночі. Порігхладноломкості - негативна температура, при якій метал переходить в крихке стан;
- за якістю - звичайної якості, якісні і високоякісні. Під якістю стали розуміється сукупність властивостей, які визначаються металургійним процесом її виробництва. Основними показниками для їх поділу служать норми вмісту шкідливих домішок - сірки і фосфору;
- за призначенням - конструкційні та інструментальні. Конструкційні стали призначені для виготовлення металоконструкцій, деталей машин і повинні мати високу конструктивної міцністю (певним комплексом механічних властивостей), мати хороші технологічні властивості.
Зазвичай вони містять не більше 0,6 - 0,7% вуглецю і мають ферритно-перлитную структуру, т. Е. Є сталями доевтектоїдної. Інструментальні сталі, що містять не менше 0,7% вуглецю, повинні володіти високою твердістю, міцністю і зносостійкість, призначені для виготовлення інструментів. Це стали евтектоїдні і заевтектоідние, їх структура - перліт або перліт і цементит вторинний.