Какова концентрация углерода в мартенсите закаленной стали марки у12 сталь содержит 1 2 углерода
Обновлено: 05.07.2024
Что такое мартенсит и как он образуется в стали? Каково влияние углерода и легирующих элементов на положение мартенситных точек?
(сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой) Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита) Сорбит (дисперсный перлит) Троостит (высокодисперсный перлит) Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
(инструментальная, штамповая, пружинная, быстрорежущая)
Нержавеющая сталь (легированная хромом) Жаростойкая сталь Жаропрочная сталь Высокопрочная сталь
— микроструктура игольчатого (пластинчатого), а также реечного (пакетного) вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.
микроструктура мартенсита
Образование
Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении. Другие процессы диффузионны, то есть атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объём приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно (сдвиговое превращение), атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения порядка тысячи метров в секунду.
Структура и свойства
Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.
При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода. В стали возникают две фазы — феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,02 ) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка феррита имеет форму куба, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированная структура), цементит имеет ромбическую структуру. Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.
Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.
мтомд.инфо
Имеет место при нагреве закаленных сталей. Превращение связано с диффузией углерода. Мартенсит закалки — неравновесная структура, сохраняющаяся при низких температурах. Для получения равновесной структуры изделия подвергают отпуску.
Превращения в стали. Промежуточное превращение. Бейнит. Превращения в стали. Превращение аустенита в перлит. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
При нагреве до 200oС происходит перераспределение углерода в мартенсите. Образуются пластинки ε–карбидов толщиной несколько атомных диаметров. На образование карбидов углерод расходуется только из участков мартенсита, окружающих кристаллы выделившихся карбидов. Концентрация углерода на этих участках резко падает, тогда как удаленные участки сохраняют концентрацию углерода. В стали присутсвуют карбиды и два α-твердых раствора мартенсита (с высокой и низкой концентрацией углерода. Такой тип распада мартенсита называется прерывистым. Скорость диффузии мала, карбиды не увеличиваются, распад мартенсита сопровождается зарождением новых карбидных частиц. Таким образом имеем структуру с неравномерным распределением углерода – это мартенсит отпуска. При этом несколько снижается тетрагональность решетки.
Превращения в стали. Мартенситное превращение. Мартенсит. Мартенсит структура. Критическая скорость закалки. Превращения в стали. Изотермическая диаграмма превращения сталей. Превращение перлита в аустетит. Перегрев. Пережог.
При нагреве до 300oС идет рост образовавшихся карбидов. Карбиды выделяются из мартенсита и он обедняется углеродом. Диффузия углерода увеличивается и карбиды растут в результате притока углерода из областей твердого раствора с высокой его концентрацией. Кристаллическая решетка карбидов когерентно связана с решеткой мартенсита. В высокоуглеродистых сталях аустенит остаточный превращается в мартенсит отпуска. Наблюдается снижение тетрагональности решетки и внутренних напряжений. Структура – мартенсит отпуска.
Отпуск стали. Температура отпуска стали. Режимы отпуска стали. Отпускная хрупкость. Улучшение термическая обработка.
При нагреве до 400oС весь избыточный углерод выделяется из Feα. Карбидные частицы полностью обособляются, приобретают строение цементита, и начинают расти. Форма карбидных частиц приближается к сферической. Высокодисперсная смесь феррита и цементита называется троостит отпуска. При нагреве выше 400oС изменение фазового состава не происходит, изменяется только микроструктура. Имеет место рост и сфероидизация цементита. Наблюдается растворение мелких и рост крупных карбидных частиц.
Термическая обработка металла. Термическая обработка металлов и сплавов. Виды термической обработки металлов. Виды термообработки.
При температуре 550…600oС имеем сорбит отпуска. Карбиды имеют зернистое строение. Улучшаются свойства стали.
При температуре 650…700oС получают более грубую ферритно- цементитную смесь – перлит отпуска (зернистый перлит).
Виды мартенсита
1. Пластинчатый или игольчатый (двойниковый) мартенсит, который образуется в углеродистых и легированных сталях при температуре начала мартенситного превращения ниже 200 °C. При этом образовавшиеся мартенситные пластины имеют среднюю линию повышенной травимости, которую называют мидрибом. Мидриб состоит из большого числа двойников по плоскостям <112>, толщина которых составляет 5-30 нм.
2. Реечный или иначе пакетный (дислокационный) мартенсит, характерен для малоуглеродистых, среднеуглеродистых и высоколегированных сталей, для которых температура начала мартенситного превращения выше 300 °C. В этом случае кристаллы мартенсита представляют собой тонкие рейки толщиной 0,2-2 мкм и вытянутые в одном направлении. Сосредоточение параллельных друг другу реек образуют пакеты. Между собой рейки разделены тонкими прослойками остаточного аустенита толщиной 10-20 нм.
Образование того или иного структурного типа мартенсита обусловлено температурой его формирования, которая зависит от состава сплава и других факторов. Значительный интервал между температурой начала и конца мартенситного превращения приводит к наличию в сталях двух типов мартенсита, которые образуются при различной температуре. Низкая прочность аустенита при высокой температуре способствует образованию реечного мартенсита, а с понижением температуры, когда прочность аустенита выше, увеличивается доля пластинчатого мартенсита[1].
Также существуют низкоуглеродистые мартенситные стали, в которых образуется мартенсит только реечного типа и отсутствует остаточный аустенит. Температура начала мартенситного превращения у таких сталей порядка 400 °C.
Реечный мартенсит обладает повышенной релаксационной способностью.
Мартенсит. Структура мартенсита
(от имени немецкого металлурга Адольфа Мартенса; Adolf Martens, 1850-1914) — микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в некоторых закалённых металлических сплавах и чистых металлах, которым свойственны полиморфные превращения.
Мартенсит
– основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой перенасыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как и у исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твёрдость стали.
С превращением мартенсита
не представлен на диаграмме состояния железо-углерод, потому что это метастабильная фаза.
Для мартенсита
характерна особая микроструктура.
Кристаллы мартенсита
представляют собой пластины, расположенные параллельно или пересекающиеся под определёнными углами (60 и 120 градусов). В плоскости шлифа эти пластины имеют вид иглы, поэтому для описания вида микроструктуры мартенсита вполне применим термин «игольчатость» — «
крупноигольчатый мартенсит
«, «
мелкоигольчатый мартенсит
» и т.д.
Различают атермический мартенсит
, образовавшийся при охлаждении, и
изотермический мартенсит
, образующийся при постоянной температуре.
Итак, в стали к образованию объёмноцентрированной кубической фазы — мартенсита
— приводит резкая закалка аустенита (γ-железа, имеющего ГЦК-решётку). В присутствии углерода мартенсит имеет объёмноцентрированную тетрагональную решётку (ОЦТ), степень тетрагональности которой зависит от содержания углерода.
Образование мартенсита
происходит в результате бездиффузного (мартенситного) превращения. Вопросы перераспределения атомов углерода в
решётке мартенсита стали
рассмотрены в [2].
В работе [3] рассмотрены особенности тонкого строения мартенсита
, определяющие его свойства, основные способы повышения прочности и сопротивления хрупкому разрушению сталей со
структурой мартенсита
. Описаны изменения свойств стали в связи с получением особо мелкого зерна аустенита при термомеханической обработке, деформационном
старении мартенсита
, в том числе с использованием гидроэкструзии. Изложены общие сведения о мартенситно стареющих сталях, отпуске под нагрузкой, упрочнении метастабильных аустенитных сталей. Рассмотрены физические причины упрочнения
сталей со структурой мартенсита
.
А в статье [4] излагаются результаты электронномикроскопического исследования структурных изменений при старении мартенсита
трёхкомпонентных и более сложных сплавов.
Мартенситное превращение
Основная статья: Мартенситное превращение
Мартенситное превращение при охлаждении происходит не при постоянной температуре, а в определённом интервале температур, при этом превращение начинается не при температуре распада аустенита в равновесных условиях, а несколькими сотнями градусов ниже. Оканчивается превращение при температуре значительно ниже комнатной. Таким образом, в интервале температур мартенситного превращения в структуре стали, наряду с мартенситом, есть и остаточный аустенит. Температуры как начала, так и окончания мартенситного превращения могут сильно зависеть от концентраций легирующих элементов.
При пластической деформации стали при температурах мартенситного превращения количество мартенсита увеличивается. В некоторых случаях также влияет упругая деформация. Возможно превращение аустенита в мартенсит при комнатных температурах под действием пластической деформации.
Кроме железоуглеродистых сплавов, мартенситное превращение наблюдается и в некоторых других, например, сплавах на основе титана (сплавы типа ВТ6, ВТ8, ВТ14), меди (бронзы типа БрАМц 9-3).
Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
Данное превращение имеет место при высоких скоростях охлаждения, когда диффузионные процессы подавляются. Сопровождается полиморфным превращением в
При охлаждении стали со скоростью, большей критической (V > Vк
), превращение начинается при температуре начала мартенситного превращения
(Мн
) и заканчивается при температуре окончания мартенситного превращения (
Мк
). В результате такого превращения аустенита образуется продукт закалки –
мартенсит
.
Минимальная скорость охлаждения Vк,
при которой весь аустенит переохлаждается до температуры т
.Мн
и превращается, называется
критической скоростью закалки
.
Так как процесс диффузии не происходит, то весь углерод аустенита остается в решетке и располагается либо в цент рах тетраэдров, либо в середине длинных ребер (рис. 13.1).
– пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в .
При образовании мартенсита кубическая решетка сильно искажается, превращаясь в тетрагональную (рис. 13.1 а
). Искажение решетки характеризуется
степенью тетрагональности
: с/а > 1. Степень тетрагональности прямопролорциональна содержанию углерода в стали (рис. 13.1
б
).
Рис. 13 1. Кристаллическая решетка мартенсита (а
); влияние содержания углерода на параметры
а
и
с
решетки мартенсита (
б
)
Механизм мартенситного превращения имеет ряд особенностей.
1. Бездиффузионный характер.
Превращение осуществляется по сдвиговому механизму. В начале превращения имеется непрерывный переход от решетки аустенита к решетке мартенсита (когерентная связь). При превращении гранецентрированной кубической решетки в объемно-центрированную кубическую атомы смещаются на расстояния меньше межатомных, т.е. нет необходимости в самодиффузии атомов железа.
2. Ориентированность кристаллов мартенсита.
Кристаллы имеют форму пластин, сужающихся к концу, под микроскопом такая структура выглядит как игольчатая. Образуясь мгновенно пластины растут либо до границы зерна аустенита, либо до дефекта. Следующие пластины расположены к первым под углами 60 o
или
120 o
, их размеры ограничены участками между первыми пластинами (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Ориентированность кристаллов мартенсита
Ориентированный (когерентный) рост кристаллов мартенсита обеспечивает минимальную поверхностную энергию. При когерентном росте, из-за различия объемов аустенита и мартенсита, возникают большие напряжения. При достижении определенной величины кристаллов мартенсита, эти напряжения становятся равными пределу текучести аустенита. В результате этого нарушается когерентность и происходит отрыв решетки мартенсита от решетки аустенита. Рост кристаллов прекращается.
3. Очень высокая скорость роста кристалла, до 1000 м/с
4. Мартенситное превращение происходит только при непрерывном охлаждении. Для каждой стали начинается и заканчивается при определенной температуре, независимо от скорости охлаждения. Температуру начала мартенситного превращения называют мартенситной точкой МН,
а температуру окончания превращения
– МК
. Температуры
МН
и
МК
зависят от содержания углерода и не зависят от скорости охлаждения. Для сталей с содержанием углерода выше
0,6 % МК
уходит в область отрицательных температур (рис.13.3)
Рис. 13.3. Зависимость температур начала (МН
) и конца (
МК
)мартенситного превращения от содержания углерода в стали
Мартенситное превращение чувствительно к напряжениям, и деформация аустенита может вызвать превращение даже при температурах выше МН
В сталях с МК
ниже
20oС
присутствует аустенит остаточный, его количество тем больше, чем ниже
МН
и
МК
.(при содержании углерода
0,6…1,0 %
количество аустенита остаточного –
10 %,
при содержании углерода
1,5 %
— до
50 %).
В микроструктуре наблюдается в виде светлых полей между иглами мартенсита.
5. Превращение необратимое. Получить аустенит из мартенсита невозможно.
Свойства мартенсита обусловлены особенностями его образования. Он характеризуется высокой твердостью и низкой пластичностью, что обуславливает хрупкость.
Твердость составляет до 65
HRC, что равно НВ 600. Высокая твердость вызвана влиянием внедренных атомов углерода в решетку -фазы, что вызывает ее искажение и возникновение напряжений. С повышением содержания углерода в стали возрастает склонность к хрупкому разрушению.
При термической обработке (закалке) могут возникнуть такие дефекты термической обработки, как коробление и трещины.
Коробление и трещины являются следствием больших внутренних напряжений, возникающих из-за неравномерного нагрева и охлаждения, изменения объёма при закалке, неправильного ведения процесса закалки. Для предупреждения этих дефектов детали не должны иметь резких выступов, острых углов, резких переходов; охлаждение в интервале мартенситного превращения должно быть замедленным. Хорошие результаты даёт прерывистая и ступенчатая закалка. Трещины являются неисправимым дефектом. При короблении детали правят или при наличии достаточного припуска шлифуют. Для тонких деталей применяют закалочные прессы.
Общие сведения о процессах , происходящих при отпуске стали У12.
| Стали для режущего инструмента Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC62-68), значительно превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкости, когда резание выполняется повышенной скоростью. Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10(У10А), У11 (У11А), У12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие мало устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров. Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, спиральные пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент) обычно применяют заэвтектоидные стали (У10, У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура - мартенсит и карбиды. Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвертки топоры изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термообработки трооститную структуру. |
Сталь углеродистая инструментальная качественная
| Марка стали | Химический состав, % | Твердость НВ | Примерное назначение | |||
| C | Mn | Si | S | P | ||
| не более | не более | |||||
| У12 | 1,15-1,24 | 0,20-0,40 | 0,15-0,35 | 0,030 | 0,035 | Режущий, меритель- ный и хирургический ин- струмент |
| Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита, низкую твердость и хорошо обрабатываются резанием. |
Сталь углеродистая инструментальная качественная
| Сталь | Температура, 0 С | Твердость, НRC | |
| Закалка | Отпуск | ||
| У12 | 760-780 в в., в р/р солей | 150-170 - | 62-63 - |
| Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с малой скоростью, так как их высокая твердость сильно снижается при нагреве выше 190-200 0 С |
-Режущий, мерительный и хирургический инструмент
Общие сведения о ступенчатой закалке:
При ступенчатой закалке изделие охлаждают в закалочной среде , температура которой выше , чем мартенситная точка данной стали . Охлаждение и выдержка в этой среде обеспечивают передачу температуры закалочной ванны во все точки сечения закаливаемого изделия . После этого следует окончательное медленное охлаждение . Именно во время этого охлаждения и происходит закалка - аустенит превращается в мартенсит .
Общие сведения о процессах , происходящих при закалке стали У12.
В исходном (отожженном) состоянии сталь У10 имеет структуру зернистого перлита ( Fea+Fe3C ). При нагреве получаем структуру аустенита и цементита первичного ( Feg+Fe3C ) . Происходит перестройка кристаллической решётки железа - кубическая объёмноцентрированная решётка переходит в гранецентрированную .
- атом углерода . - атом железа .
О. Ц. К. (Fea) a=2,8 A° (с/а=1) Г. Ц. К. (Feg) a=3,6 A° О. Ц. К. тетрагональная
При переохлаждении аустенита Г. Ц. К. решётка становится неустойчивой . Несмотря на то , что скорость диффузии при низких температурах мала , происходит
обратное перестроение кристаллической решётки без выделения углерода (бездиффузионный процесс) . То есть процесс , показанный на рис. 1 идёт в обратном направлении : Г. Ц. К. О. Ц. К. ( большая степень тетрагональности ).
При малых температурах скорость диффузии мала , следовательно превращение идёт очень быстро . Атом углерода не может выйти из кристаллической решётки и вытягивает её в объёмноцентрированную .
Feg(C) Fea(C) ( Ау М)
Так как процесс бездиффузионный , концентрация углерода в мартенсите будет такая же , как и в аустените .
Процесс кинетикоматренситного превращения протекает не до конца. При фактическом окончании процесса ещё остаётся некоторое количество остаточного аустенита ( Аост.) .
Типичным в кинетикомартенситном превращении является следующее :
1. превращение происходит в интервале температур Мн - Мк .
2. превращение протекает путём образования всё новых и новых кристаллов мартенсита , а не роста ранее образовавшихся .
2. после нагрева.
Игла мартенсита сжимает зёрна аустенита .
3.) превращение протекает при условии непрерывного снижения температур .
4.) превращение протекает не до конца . При фактическом завершении превращения ещё остаётся некоторое количество остаточного аустенита .
Тетрагональность мартенсита объясняется наличием в кристаллической решётке углерода , она прямопропорциональна содержанию углерода .
Общие сведения о процессах , происходящих при отпуске стали У12.
В закалённой стали тетрагональность мартенсита и внутренние напряжения создают значительную хрупкость , поэтому после закалки необходимо применить отпуск.
Операция отпуска заключается в нагреве закалённой стали ниже точки Ас1 , выдержке её при заданной температуре с последующим охлаждением в воде или на воздухе . Целью отпуска является снятие внутренних напряжений после закалки и получение требуемых механических свойств .
Отпуск делится на три вида :
1. нагрев до 200°С - низкий отпуск - применяется для снятия внутренних напряжений ( структура : мартенсит отпущенный ) .
2. нагрев на 350°- 500°С - средний отпуск - повышает пластичность ( структура : мелкозернистая ферритно-цементитная смесь - троостит ) .
3. нагрев >500°С - высокий отпуск - возрастает удельная вязкость , следовательно падает прочность .
После закалки имеем структуру М + Аост. . После отпуска получаем структуру с наибольшим удельным объёмом мартенсита и наименьшим удельным объёмом аустенита остаточного .
Очевидно , что в результате изменения удельного объёма ведёт к удлинению образца . Нагрев способствует выделению углерода из исходной структуры в виде карбидной фазы Fe2C - e-карбида , имеющего гексагональную кристаллическую решётку . Вследствие этого концентрация углерода в начальной структуре начинает уменьшаться , а степень тетрагональности стремиться к единице .
e-карбид - это гетерогенная смесь Fea и необособившихся частиц карбидов . Всё это вместе составляет когерентно связанную кристаллическую решётку .
Для стали У12 выбираем отпуск с последующим охлаждением в воде - низкий отпуск. Низкий отпуск наряду с увеличением твёрдости , избавляет изделие от внутренних напряжений закалки , что необходимо в данном случае для повышения износостойкости изделия .
При нагреве до 200°С происходит первое превращение при отпуске - мартенсит закалочный превращается в мартенсит отпущенный .
Литература
1. «Основы материаловедения». И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И. Макарова и др. Под ред. И.И. Сидорина. – М.: Машиностроение. – 1976, 436 с.
2. «Материаловедение». Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение. – 1972, 510 с.
Какова температура закалки стали у12 сталь содержит 1 2 углерода
Теория термообработки. Термическая и химико-термическая обработка сталей.
№ 134. Чем отличаются кристаллы, выделяющиеся в данный момент от выделившихся ранее, при равновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентам. В) Состав кристаллов меняется от компонента А до В, С) Отличия нет. D) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
№ 135. Чем отличаются кристаллы, образующиеся при данной температуре от выделившихся ранее, при неравновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентом.
B) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
С) В процессе кристаллизации состав кристаллов меняется от чистого компонента А до В. D) Отличия нет.
№ 136. Какие сплавы системы А-В (рис. 44) могут быть закалены?
А) Любой сплав. В) Сплавы, лежащие между Е и Ь.С) Ни один из сплавов. D) Сплавы, лежащие между а и Е.
№ 137. Как называется склонность (или отсутствие таковой) аустенитного зерна к росту?
А) Отпускная хрупкость. В) Наследственная или природная зернистость.
C) Аустенизация. D) Действительная зернистость.
№ 138. Какие из перечисленных в ответах технологические процессы следует проводить с учетом наследственной зернистости?
А) Холодная обработка давлением. В) Литье в песчаные формы. С) Высокий отпуск
D) Закалка, отжиг.
№ 139. Металлографический анализ наследственно мелкозернистой стали показал, что размер ее зерна находится в пределах 0,05 . 0,08 мм. Какое зерно имеется в виду?
А) Действительное. В) Начальное. С) Наследственное. D) Исходное.
№ 140. Чем объясняется, что троостит обладает большей твердостью, чем сорбит?
А) Форма цементитных частиц в троостите отличается от формы частиц в сорбите. В) В троостите меньше термические напряжения, чем в сорбите.
C) Троостит содержит больше (по массе) цементитных частиц, чем сорбит.
D) В троостите цементитные частицы более дисперсны, чем в
ЛЬ 141. Какую кристаллическую решетку имеет мартенсит?
А) Кубическую. В) ГПУ. С) Тетрагональную.
№ 142. Какая из скоростей охлаждения, нанесенных на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 45), критическая?
№ 143. Как называется структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор углерода в
А) Мартенсит. В) Цементит. С) Феррит. D) Аустенит.
№ 144. Какую скорость охлаждения при закалке называют критической?
А) Максимальную скорость охлаждения, при которой еще протекает распад аустенита на структуры перлитного типа.
В)Минимальную скорость охлаждения, необходимую для получения мартенситной структуры.
С) Минимальную скорость охлаждения, необходимую для фиксации аустенитной структуры.
D) Минимальную скорость охлаждения, необходимую для закалки изделия по всему сечению.
№ 145. Каковы основные признаки мартенситного превращения?
А) Диффузионный механизм превращения и четкая зависимость температуры превращения от скорости охлаждения сплава.
В) Зависимость полноты превращения от температуры аустенизации и малые искажения в кристаллической решетке.
С) Слабовыражеиная зависимость температуры превращения от состава сплава и малые напряжения в структуре.
D) Бездиффузионный механизм превращения и ориентированная структура.
№ 146. Принимая во внимание сдвиговый механизм образования мартенсита, назовите вдоль какой плоскости кристалла аустенита должен произойти сдвиг?
А) (110). В) (111).С) (100). D) (101).
№ 147. Как влияет скорость охлаждения при закалке на температуру начала мартенситного превращения?
А) Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура.
В) Температура начала мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения.
С) Чем выше скорость охлаждения, тем выше температура.
D) Зависимость температуры начала мартенситного превращения от скорости охлаждения неоднозначна.
№ 148. От чего зависит количество остаточного аустенита?
А)_От температуры точек начала и конца мартенситного превращения.
В) От скорости нагрева при аустенизации.
С) От однородности исходного аустенита.
D) От скорости охлаждения сплава в области изгиба С-образных кривых.
№ 149. Какой температуре (каким температурам) отвечают критические точки А3 железоуглеродистых сплавов?
В) 727 . 1147 °С (в зависимости от содержания углерода).
С) 727 . 911 °С (в зависимости от содержания углерода).
№ 150. Что означает точка Ас3?.
А) Температурную точку начала распада мартенсита. В) Температурную точку начала превращения аустенита в мартенсит.
С) Температуру критической точки перехода перлита в аустенит при неравновесном нагреве
D) Температуру критической точки, выше которой при неравновесном нагреве доэвтектоидные стали приобретают аустенитную структуру.
№ 151. На какой линии диаграммы состояния Fe-C расположены критические точки Ат?
№ 152. Как называется термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее выше А3 или Ат, выдержке и последующем быстром охлаждении?
А) Истинная закалка. В) Полная закалка.
№ 153. Какой структурный состав приобретет доэвтектоидная сталь после закалки от температуры выше Ас1, но ниже Ас3?
А)Мартенсит + феррит.
В) Перлит + вторичный цементит.
С) Мартенсит + + вторичный цементит.
№ 154. От какой температуры (t) проводят закалку углеродистых заэвтектоидных сталей?
А) От t на 30 . 50 °С выше Ат.
В) От t на 30 . 50 °С ниже линии ECF диа
граммы Fe-C.
D) От t на 30 . 50 °Свыше А1.
№ 155. Почему для доэвтектоидных сталей (в отличие от заэвтектоидных) не применяют неполную закалку?
А) Образуется мартенсит с малой степенью пересыщения углеродом.
В) Образуются структуры немартенситного типа (сорбит, троостит).
С) Изделие прокаливается на недостаточную глубину. D) В структуре, наряду с мартенситом, остаются включения феррита.
№ 156. Какова температура закалки стали 50
(сталь содержит 0,5 % углерода)?
А) 600 . 620 °С. В) 810 . 830 °С. С) 740 . 760 °С.
№ 157. Какова температура закалки стали У12 (сталь содержит 1,2 % углерода)?
А) 760 . 780 °С. В) 600 . 620 °С. С) 1030 . 1050 °С. D) 820 . 840 °С.
№ 158. Сколько процентов углерода содержится в мартенсите закаленной стали марки 45 (сталь содержит 0,45 % углерода)?
А) 0,45 %. В) 2,14 %. С) 0,02 %. D) 0,80 %.
№ 159. Что такое закаливаемость?
А) Глубина проникновения закаленной зоны.
В) Процесс образования мартенсита.
С) Способность металла быстро прогреваться на всю глубину.
D) Способность металла повышать твердость при закалке.
№ 160. В чем состоит отличие сталей У10 и У12 (содержание углерода 1,0 и 1,2 % соответственно), закаленных от температуры 760 °С?
А) В структуре сплава У12 больше вторичного цементита.
С) Мартенсит сплава У12 содержит больше углерода. D) Мартенсит сплава У10 дисперснее, чем У12.
№ 161. Как влияет большинство легирующих элементов на мартенситное превращение?
А) Не влияют на превращение.
В) Сдвигают точки начала и конца превращения к более высоким температурам.
С) Сдвигают точки начала и конца превращения к более низким температурам.
D) Сужают температурный интервал превращения.
№ 162. Какова концентрация углерода в мартенсите закаленной стали марки У12 (сталь содержит 1,2 % углерода)?
№ 163. Что называют критическим диаметром?
А) Диаметр изделия, при закалке которого в центре обеспечивается критическая скорость закалки.
В) Максимальный диаметр изделия, принимающего сквозную закалку.
С) Диаметр изделия, при закалке которого в центре образуется полумартенситная структура.
D) Максимальный диаметр изделия, прокаливающегося насквозь при охлаждении в данной закалочной среде.
№164. Как зависит прокаливаемость стали от интенсивности охлаждения при закалке?
А) Взаимосвязь между интенсивностью охлаждения и прокаливаемостью
неоднозначна. В) Чем интенсивнее охлаждение, тем меньше прокаливаемость.
С) Прокаливаемость не зависит от интенсивности охлаждения.
D)Чем интенсивнее охлаждение, тем больше прокаливаемость.
№ 165. Расположите образцы стали, закаленные в воде, в масле и на воздухе, по степени убывания глубины закаленного слоя, если образец, закаленный в воде, насквозь не прокалился.
№ 166. В чем состоит значение сквозной прокаливаемости сталей?
Сквозное прокаливание обеспечивает.
А) повышение твердости термообработанного изделия, однако при этом ударная вязкость в сердцевине ниже, чем в наружных слоях
В)получение после термообработки зернистых структур во всем объеме изделия и высоких однородных по сечению механических свойств.
С) получение одинаковой твердости по сечению изделия.
D) сокращение количества остаточного аустенита, что приводит к повышению механических свойств стали.
№ 167. Как зависит твердость полумартенситной структуры доэвтектоидной стали от концентрации углерода?
А) Чем больше углерода, тем больше твердость.
В) Чем больше углерода, тем меньше твердость.
С) Зависимость неоднозначна. Твердость полумартенситной структуры определяется также характером термообработки.
D) Твердость не зависит от концентрации углерода.
№ 168. Как влияют большинство легирующих элементов, растворенных в аустените, на прокаливаемость стали?
А) Увеличивают прокаливаемость.
В) Уменьшают прокаливаемость.
C) Не влияют на прокаливаемость.
D) Влияние неоднозначно. Велика зависи
мость от режимов отпуска.
№ 169. У сплава А критическая скорость закалки больше, чем у сплава Б. У какого сплава больше критический диаметр?
Б)У сплава Б.
С) Зависимость между критической скоростью закалки и критическим диаметром неоднозначна.
D) Критический диаметр не зависит от критической скорости закалки.
№ 170. На рис. 46 представлены С-образные кривые двух марок стали (А и Б). У какой из них меньше прокаливаемость?
В) По С-образным кривым нельзя судить о прокаливаемости.
D) Исходных данных недостаточно. Нужны сведения о закалочной среде.
№ 171. Чем достигается сквозная прокаливаемость крупных деталей?
А) Многократной закалкой. В) Применением при закалке быстродействующих охладителей. С) Обработкой после закалки холодом.
D) Применением для их изготовления легированных сталей.
№ 172. Как называется термическая обработка, состоящая в нагреве закаленной стали ниже A1 выдержке и последующем охлаждении?
А) Отжиг. В) Аустенизация. С) Отпуск. D) Нормализация.
№ 173. При каком виде отпуска закаленное изделие приобретает наибольшую пластичность?
В) При высоком отпуске.
С) Пластичность стали является ее природной характеристикой и не зависит от вида отпуска.
№ 174. При каком виде термической обработки доэвтектоидных сталей возникают зернистые структуры?
А) При изотермической закалке.
В) При закалке со скоростью выше критической.
D) При отпуске на сорбит, или троостит.
№ 175. Как влияет температура нагрева при отпуске на твердость изделий из углеродистой стали?
А) Влияние температуры отпуска на твердость неоднозначно.
В) Чем выше температура нагрева, тем выше твердость.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Какова концентрация углерода в мартенсите закаленной стали марки у12 сталь содержит 1 2 углерода
Здравствуйте, Лялюшкин Юрий Николаевич!
Некоторая информация, относящаяся к Вашему заданию, находится здесь. Практически всё, что относится к стали У13, можно распространить на сталь У12.
Рассмотрим часть диаграммы состояния «железо – цементит» (рисунок). На ней общие закономерности, которым подчиняется сталь У12 при медленном охлаждении, можно рассмотреть на примере сплава типа 6 (заэвтектоидной стали, т. е. стали с содержанием углерода более 0,8 %).
После завершения первичной кристаллизации сталь охлаждается в аустенитном состоянии. Исходя из положения линии ES, можно установить, что аустенит в стали У12 вплоть до точки l (на линии ES) оказывается не насыщенным углеродом. По достижении температуры точки l аустенит становится предельно насыщенным углеродом, и так как растворимость углерода при охлаждении уменьшается (согласно линии ES), то, начиная с точки l, из аустенита выделяется избыток углерода в виде Fе3С,
называемый вторичным (избыточным) цементитом (Fe3C)II. Чуть выше линии PSK сплав будет состоять из двух фаз – аустенита и вторичного цементита. Структурные и фазовые составляющие совпадают.
Напомню, что в зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, нагревая выше критических температур Ac3 или Accm; при неполной закалке сталь нагревают до межкритических температур – между Ac1 и Ac3.
Сталь У12 (как и все заэвтектоидные стали) подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева - Ac1 + (30 … 50) °C. После закалки сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита твёрже кристаллов мартенсита (из которого состояла бы структура стали после полной закалки). Поэтому при неполной закалке (с температуры 770 °C) сталь имеет более высокую твёрдость, чем при полной закалке (температуры 960 °C). Так как сталь предварительно подвергают сфероидизирующему отжигу, избыточные карбиды округлой формы не вызывают снижения вязкости.
Закалка сталей
Закалка - это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем быстром охлаждении, со скоростью подавляющей распад аустенита на феррито-цементитную смесь и обеспечивающей структуру мартенсита.
Содержание
Мартенсит и мартенситное превращение в сталях
Мартенсит - это пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе (α-Fe). Что такое аустенит, цементит, феррит и перлит читаем здесь. При нагреве эвтектоидной стали (0,8 % углерода) выше точки А1, исходная структура перлит превратится в аустенит. При этом в аустените растворится весь углерод, который имеется в стали, т. е. 0,8 %. Быстрое охлаждение со сверхкритической скоростью (см. рисунок ниже), например в воде (600 °С/сек), препятствует диффузии углерода из аустенита, но кристаллическая ГЦК решетка аустенита перестроится в тетрагональную решетку мартенсита. Данный процесс называется мартенситным превращением. Он характеризуется сдвиговым характером перестройки кристаллической решетки при такой скорости охлаждения, при которой диффузионные процессы становятся невозможны. Продуктом мартенситного превращения является мартенсит с искаженной тетрагональной решеткой. Степень тетрагональности зависит от содержания углерода в стали: чем его больше, тем больше степень тетрагональности. Мартенсит - это твердая и хрупкая структура стали. Находится в виде пластин, под микроскопом выглядит, как иглы.
Температура закалки для большинства сталей определяется положением критических точек А1 и А3. На практике температуру закалки сталей определяют при помощи марочников сталей. Как выбрать температуру закалки стали с учетом точек Ас1 и Ас3 читаем по ссылке.
Микроструктура стали после закалки
Для большинства сталей после закалки характерна структура мартенсита и остаточного аустенита, причем количество последнего зависит от содержания углерода и качественного и количественного содержания легирующих элементов. Для конструкционных сталей среднего легирования количество остаточного аустенита может быть в пределах 3-5%. В инструментальных сталях это количество может достигать 20-30%.
Вообще, структура стали после закалки определяется конечными требованиями к механическим свойствам изделия. Наряду с мартенситом, после закалки в структуре может присутствовать феррит или цементит (в случае неполной закалки). При изотермической закалке стали ее структура может состоять из бейнита. Структура, конечные свойства и способы закалки стали рассмотрены ниже.
Частичная закалка стали
Частичной называется закалка, при которой скорости охлаждения не хватает для образования мартенсита и она оказывается ниже критической. Такая скорость охлаждения обозначена синей линией на рисунке. При частичной закалке как-бы происходит задевание "носа" С-кривой стали. При этом в структуре стали наряду с мартенситом будет присутствовать троостит в виде черных островковых включений.
Микроструктура стали с частичной закалкой выглядит примерно следующим образом
Частичная закалка является браком, который устраняется полной перекристаллизацией стали, например при нормализации или при повторном нагреве под закалку.
Неполная закалка сталей
Закалка от температур, лежащих в пределах между А1 и А3 (неполная закалка), сохраняет в структуре доэвтектоидных сталей наряду с мартенситом часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Это понятно, так как твердость феррита составляет 80НВ, а твердость мартенсита зависит от содержания углерода и может составлять более 60HRC. Поэтому данные стали обычно нагревают до температур на 30–50 °С выше А3 (полная закалка). В теории, неполная закалка сталей не допустима и является браком. На практике, в ряде случаев для избежания закалочных трещин, неполная закалка может использоваться. Очень часто это касается закалки токами высокой частоты. При такой закалке необходимо учитывать ее целесообразность: тип производства, годовую программу, тип ответственности изделия, экономическое обоснование. Для заэвтектоидных сталей закалка от температур выше А1, но ниже Асm дает в структуре избыточный цементит, что повышает твердость и износоустойчивость стали. Нагрев выше температуры Аcm ведет к снижению твердости из-за растворения избыточного цементита и увеличения остаточного аустенита. При этом происходит рост зерна аустенита, что также негативно сказывается на механических характеристиках стали.
Таким образом, оптимальной закалкой для доэвтектоидных сталей является закалка от температуры на 30–50 °С выше А3, а для заэвтектоидных – на 30–50 °С выше А1.
Скорость охлаждения также влияет на результат закалки. Оптимальной охлаждающей является среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (в интервале носа с-кривой) и замедленно в интервале температур мартенситного превращения.
Стадии охлаждения при закалке
Наиболее распространенными закалочными средами являются вода различной температуры, полимерные растворы, растворы спиртов, масло, расплавленные соли. При закалке в этих средах различают несколько стадий охлаждения:
- пленочное охлаждение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»;
- пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении этой паровой рубашки;
Более подробно про стадии охлаждения при закалке можно прочитать в статье "Характеристики закалочных масел"
Кроме жидких закалочных сред используется охлаждение в потоке газа разного давления. Это может быть азот (N2), гелий (Не) и даже воздух. Такие закалочные среды часто используются при вакуумной термообработке. Здесь нужно учитывать факт возможности получения мартенситной структуры - закаливаемость стали в определенной среде, т. е. химический состав стали от которого зависит положение с-кривой.
Факторы, влияющие на положение с-кривых:
- Углерод. Увеличение содержания углерода до 0,8% увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита, соответственно с-кривая сдвигается вправо. При увеличении содержания углерода более 0,8%, с-кривая сдвигается влево;
- Легирующие элементы. Все легирующие элементы в разной степени увеличивают устойчивость аустенита. Это не касается кобальта, он уменьшает устойчивость переохлажденного аустенита;
- Размер зерна и его гомогенность. Чем больше зерно и чем оно однороднее структура, тем выше устойчивость аустенита;
- Увеличение степени искажения кристаллической решетки снижает устойчивость переохлажденного аустенита.
Температура влияет на положение с-кривых через все указанные факторы.
Способы закалки сталей
На практике применяются различные способы охлаждения в зависимости от размеров деталей, их химического состава и требуемой структуры (схема ниже).
Схема: Скорости охлаждения при разных способах закалки сталей
Непрерывная закалка стали
Непрерывная закалка (1) – способ охлаждения деталей в одной среде. Деталь после нагрева помещают в закалочную среду и оставляют в ней до полного охлаждения. Данная технология самая распространенная, широко применяется в условиях массового производства. Подходит практически для всех типов конструкционных сталей.
Закалка в двух средах
Закалка в двух средах (скорость 2 на рисунке) осуществляется в разных закалочных средах, с разными температурами . Сначала деталь охлаждают в интервале температур например 890–400 °С например в воде, а потом переносят в другую охлаждающую среду – масло. При этом мартенситное превращение будет происходить уже в масляной среде, что приведет к уменьшению поводок и короблений стали. Такой способ закалки используют при термообработке штампового инструмента. На практике часто используют противоположный технологический прием - сначала детали охлаждают в масле, а затем в воде. При этом мартенситное превращение происходит в масле, а в воду детали перемещают для более быстрого остывания. Таким образом экономится время на осуществление технологии закалки.
Ступенчатая закалка
При ступенчатой закалке (скорость 3) изделие охлаждают в закалочной среде, имеющей температуру более высокую, чем температура мартенситного превращения. Таким образом получается некая изотермическая выдержка перед началом превращения аустенита в мартенсит. Это обеспечивает равномерное распределение температуры по всему сечению детали. Затем следует окончательное охлаждение, во время которого и происходит превращение мартенситное превращение. Этот способ дает закалку с минимальными внутренними напряжениями. Изотермическую выдержку можно сделать чуть ниже температуры Мн, уже после начала мартенситного превращения (скорость 6). Такой способ более затруднителен с технологической точки зрения.
Изотермическая закалка сталей
Изотермическая закалка (скорость 4) делается для получения бейнитной структуры стали. Данная структура характеризуется отличным сочетание прочностных и пластических свойств. При изотермической закалке детали охлаждают в ванне с расплавами солей, которые имеют температуру на 50–150 °С выше мартенситной точки Мн, выдерживают при этой температуре до конца превращения аустенита в бейнит, а затем охлаждают на воздухе.
При закалке на бейнит возможно получение двух разных структур: верхнего и нижнего бейнита. Верхний бейнит имеет перистое строение. Он образуется в интервале 500-350°С и состоит из частиц феррита в форме реек толщиной <1 мкм и шириной 5-10 мкм, а также из тонких частиц цементита. Структура верхнего бейнита отличается более высокой твердостью и прочностью, но пониженной пластичностью. Нижний бейнит имеет игольчатое мартенситоподобное строение, образуется в интервале 350-200 °С. Нижний бейнит состоит из тонких частиц ε-карбидов, расположенных в пластинках феррита. Бейнитное превращение никогда не идет до конца. В структуре всегда есть мартенсит и остаточный аустенит. Более предпочтительной, в плане эксплуатационных характеристик, является структура нижнего бейнита. Изделия с такой структурой используются в вагоностроении, в деталях испытывающих ударно-растягивающие напряжения. Технология закалки на бейнит требует специального закалочного оборудования. Дополнительные материалы по этой технологии можете найти в статье "Технология закалки на бейнит".
Обработка холодом (5) применяется для сталей, у которых температура конца мартенситного превращения Мк находится ниже комнатной температуры.
Обработке холодом подвергают быстрорежущие стали, цементованные детали, мерительные инструменты, и другие особо точные изделия. Подробнее про этот нестандартный способ термообработки можете прочитать в статье "Обработка холодом стальных деталей"
Зависимость твердости мартенсита от содержания углерода
Твердость стали после закалки зависит от твердости мартенсита, которая в свою очередь зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода увеличивается и твердость после закалки стали. Графическая зависимость приведена на рисунке.
Читайте также: