28.03.2020
Покупка собственного жилья является в настоящее время мечтой многих, поскольку это отличная идея для капиталовложения. Тем не...


28.03.2020
Покупка собственного жилья является в настоящее время мечтой многих, поскольку это отличная идея для капиталовложения. Тем не...


27.03.2020
Один из самых популярных видов по типу установки – это подвесная раковина. Она монтируется прямо к стене при помощи специальных...


27.03.2020
Деревянные дома часто повреждаются от повышенной влажности, поэтому домовладельцы вынуждены иногда ремонтировать фундамент здания....


26.03.2020
Полноценную жизнь современного человека уже невозможно представить без использования гаджетов. Ноутбуки и смартфоны, планшеты и...


25.03.2020
Сегодня колодцы — это самый распространенный источник воды в загородном водоснабжении дачных участков и частных домов. А чтобы...


Процессы перекристаллизации чугуна

17.10.2019

Процессы перекристаллизации можно классифицировать на процессы, протекающие в аустенитной области, в области у —> а-превращения и в ферритной области.

Основные процессы перекристаллизации, протекающие в надкритической области: выделение вторичных избыточных фаз (графита или цементита) из аустенита, распад цементита, подробно рассматриваемый ниже, коалесценция, сфероидизация и коагуляция.

Выделение вторичных фаз происходит вполне аналогично первичным с той только разницей, что наличие последних инициирует и облегчает перекристаллизацию. Поэтому вторичные фазы откладываются обычно на первичных и эвтектических фазах, но все же иногда отличимы (рис. 50).

Процессы коалесценции, сфероидизации и коагуляции являются естественным следствием стремления к уменьшению поверхностной энергии. В результате коалесценции мелкие кристаллы растворяются, крупные растут. Процесс этот протекает путем диффузии через твердый раствор вследствие большей растворимости мелких кристаллов, как это следует из известной формулы Томсона:
Процессы перекристаллизации чугуна

где C1 и C2 — равновесные концентрации раствора с кристаллами радиусами r1 и r2;

M — молекулярный вес растворенного вещества;

о — межфазное натяжение;

d — плотность кристаллов.

Поэтому раствор является ненасыщенным по отношению к мелким и пересыщенным по отношению к большим кристаллам, вследствие чего мелкие растворяются, а большие растут в результате диффузионного переноса из-за существующего градиента концентрации. Процесс этот протекает тем быстрее, чем выше температура и больше скорость диффузии растворенного вещества, в данном случае углерода. Точно так же протекает и процесс сфероидизации. Роль малых кристаллов в этом случае играют острия и выступающие места с небольшими радиусами закругления, которые согласно (I.69) растворяются. Роль крупных кристаллов играют места с большими радиусами закругления, на которых растворенное вещество откладывается. В результате этого процесса и происходит сфероидизация. На практике обычно сосуществуют процессы коалесценции и сфероидизации, т. е. происходит коагуляция.

Наибольшее развитие эти процессы имеют при термической обработке, длительной выдержке при высоких температурах, причем процессы с цементитом происходят значительно быстрее, чем с графитом.

Процессы перекристаллизации в области у —> а-превращения формируют матрицу чугуна, и в зависимости от того, насколько полно происходит превращение аустенита и протекает ли оно по стабильной или метастабильной системе, матрица чугуна может получиться аустенитной, мартенситной, игольчато-трооститной (бейнитной), перлитной, ферритной или с различным соотношением этих фаз (рис. 51). Наилучшим образом эти процессы иллюстрируются изотермическими диаграммами распада аустенита в чугуне (рис. 52). Во всех чугунах — сером, высокопрочном и ковком — вначале вне зависимости от переохлаждения, практически без инкубационного периода начинает выделяться графит, который откладывается на уже имеющихся включениях. Таким образом, графит в этом случае всегда является ведущей фазой превращения. Затем начинает выделяться феррит вокруг графита, по границам или внутри аустенита в виде видманштеттовых образований, и идет, следовательно, превращение

В сером и ковком чугуне (рис. 52, а и б) этот процесс может полностью завершиться в стабильном эвтектоидном интервале при достаточной выдержке, в результате чего получается чисто ферритная матрица и структура Ф+Г. В высокопрочном же чугуне (рис. 52, в) частично накладываются интервалы стабильного и метастабильного равновесия и процесс образования феррита поэтому никогда не протекает до конца. В некоторой степени в этом интервале происходит поэтому также процесс образования перлита А —> II или, что то же,

Поэтому чисто ферритная матрица может в этом случае получиться только в результате распада эвтектоидного цементита, конец которого изображается линией МН. При больших переохлаждениях в области ниже стабильного эвтектоидного превращения все большее значение приобретает реакция (I.71) и количество перлита в структуре увеличивается.

После завершения процесса превращения аустенита (линия ИКП) структура получается перлитной с некоторым количеством феррита (П + Ф + Г или Ф + Г + Ц), и только после длительной выдержки происходит распад эвтектоидного цементита (линия МН) с образованием стабильной структуры Ф -f Г.

Схема изотермической диаграммы распада аустенита во всем температурном интервале ниже стабильной критической области представлена на рис 53. При медленном охлаждении, как видно из рис. 53 (линия AA), распад происходит в верхней ступени (720—500° С) с образованием перлитной структуры разной дисперсности. При быстром охлаждении (линия BB) распад происходит в нижней ступени при температуре около 200° С и ниже с образованием мартенсита. При средних скоростях охлаждения, в частности, при применении прерывистой закалки (линия CC) распад происходит в промежуточной области (450—300° С) с образованием бейнита или игольчатого троостита. В зависимости от того, происходит ли распад в верхней или нижней зоне, или в промежуточной области, различают структуры верхнего (перистого) и нижнего (игольчатого) бейнита. Скорость же процесса аустенитного превращения изменяется по S-образной (или более сложной) кривой: сначала она увеличивается, затем уменьшается.

Приведенные диаграммы (рис. 52 и 53) изображают длительность распада аустенита в изотермических условиях, когда скорость процесса строго определяется только кристаллизационными параметрами. В условиях непрерывного охлаждения кинетика этих процессов становится зависимой также от скорости теплоотвода, однако в данном случае вследствие небольшой величины теплоты превращения значение этого фактора невелико. Эти диаграммы поэтому в большей степени, чем соответствующие диаграммы эвтектического распада, могут служить основой для количественной оценки кинетики процесса в условиях непрерывного охлаждения, для чего существует ряд способов. В частности, для определения верхней критической скорости закалки с целью получения мартенситной структуры можно пользоваться формулой

где A1 — равновесная температура критической точки;

Tмин — температура минимальной стойкости аустенита (по изотермической диаграмме);

тмин — инкубационный период при минимальной стойкости аустенита (по изотермической диаграмме).

Процессы, протекающие после или одновременно с распадом аустенита, носят такой же характер, как и процессы в надкритической области. Это — выделение избыточных фаз (графита, цементита и др.) из феррита, распад цементита и процессы уменьшения поверхностной энергии системы (коалесценция, сфероидизация и коагуляция). Хотя количество избыточных фаз, выпадающих из феррита, весьма незначительно, но процессы эти могут играть иногда большую роль, как, например, при дисперсионном твердении или при охрупчивании пластичных чугунов, в частности, при образовании «белого излома» в ковком чугуне.

Еще большее значение имеют процессы графитизации и процессы уменьшения поверхностей энергии системы. Механизм этих процессов такой же, как в надкритической области, только диффузия происходит в этом случае через феррит, а не через аустенит. Особого внимания заслуживает сфероидизация эвтектоидного цементита, которая протекает с практически значимой скоростью в силу малой анизотропности этой фазы в отличие от графита, сфероидизация которого в обычных условиях незаметна. Сферондизация эвтектоидных карбидов происходит при определенной выдержке в подкритическом интервале тем скорее, чем выше температура и чем менее однороден по составу твердый раствор. Для ускорения процесса целесообразен предварительный переход через критический интервал с последующей выдержкой при температуре ниже критической. Ведение процесса сфероидизации возможно также путем многократных колебаний температуры около критического интервала. В этом случае процесс ускоряется за счет быстрого растворения острых граней карбидов в надкритической области и соответствующего отложения на плоских гранях в подкритической области. В результате этого получается так называемый зернистый перлит (рис. 51, д), обладающий большей пластичностью, чем пластинчатый перлит.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна