8. Ковкие чугуны.

8.1 В чем отличие термообработок для получения ковкого чугуна с ферритной и перлитной основой?

При нагреве чугуна выше температуры PSK (723С) образуется аустенит и цементит, который разлагается с образованием хлопьев графита (1-я стадия графитизации). Если затем охладить чугун ниже PSK и дать длительную выдержку, то распадется цементит перлита (2-я стадия графитизации). При такой обработке весь углерод выделится в свободном состоянии и структура чугуна будет состоять из феррита и включений хлопьевидного углерода отжига.

Если охлаждение ниже критического интервала температур было ускоренным, то процесс графитизации не охватывает цементит перлита, в таком случае чугун приобретает структуру перлит + углерод отжига.

8.2 В чём отличия графитизации белого чугуна при 720 и 1000 ^оС?

При температуре 1000С чугун состоит из аустенита и цементита, при этой температуре цементит разлагается с образованием хлопьев графита. При температуре 720С разлагается цементит перлита. Диффузия углерода при 720С идет через феррит, а при 1000С через аустенит. Диффузия при 700С идет очень медленно из-за малой подвижности атомов железа в матрице от растущего графита.

9. Высокопрочные чугуны.

9.1 Нарисуйте микроструктуру высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе.

9.2 Каким способом графиту в чугуне придают шаровидную форму?

Для придания глобулярной формы графиту, в сплав вводят поверхностно активные вещества такие как Магний или РЗМ. ПАВ сильно понижают поверхностное натяжение плоскостей гексагонального базиса, поэтому кристалл растет перпендикулярно радиусам сферолита.

9.3 Чем высокопрочный чугун отличается от вермикулярного?

Высокопрочный чугун отличается от вермикулярного в первую очередь количеством включений В. графита и Ш. графита. В первом случае большинство включений – шаровидные, во втором - червеобразные. В связи с этим различаются и физические свойства. ЧВГ имеет значительно более высокие по сравнению с ЧШГ показатели тепло- и температуропроводности в широком диапазоне температур. Механические свойства ЧВГ занимают промежуточные значения между чугуном с пластинчатым и чугуном с шаровидным графитом при одинаковой структуре матрицы. По сравнению с чугуном с шаровидным графитом прочностные свойства чугуна с вермикулярным графитом в меньшей степени зависят от исходного химического состава и соотношения феррит-перлит в металлической основе.

10. Мартенситное превращение в углеродистых сталях.

10.1 Почему в углеродистых сталях мартенсит имеет повышенную плотность дислокаций?

Повышение плотности дислокаций при мартенситном превращении обусловлено пластической деформацией (из за разницы удельных объемов Vм>Vа, чем больше углерода в стали тем больше это различие) вследствие фазового превращения А->М (фазовый наклеп).

Оффтоп: При росте М из А частица расширяется, но ее сдавливают соседние области, М-деформируется, к тому же хочет принять форму на пластину или линзу из за чего напрягается еще сильнее. Поэтому возникают упругие напряжения.

10.2 Какова причина возникновения фазового наклепа при мартенситном превращении в углеродистых сталях?

См вопрос 10.1

10.3 Влияние содержания углерода на механические свойства мартенсита.

При увеличении концентрации углерода твердость мартенсита монотонно возрастает. Размещение внедренных атомов углерода преимущественно в одной подрешетке позиций внедрения вызывает тетрагональное искажение кристаллической решетки ОЦК и приводит к неэквивалентности различных систем скольжения. Повышение сопротивления пластической деформации может быть следствием взаимодействия полей напряжений вокруг атомов углерода с полями напряжений дислокаций. Напряжение течения растет с повышением концентрации углерода пропорционально √С.

Образование атмосфер (Коттрелла) атомов углерода на дислокациях закрепляет дислокационную структуру, что способствует увеличению прочности, так как АК препятствует движению дислокаций. Зависимость твердость мартенсита от содержания углерода представлена на кривой 3.

10.4 Почему температура начала мартенситного превращения падает с повышением содержания углерода в сталях?

10.5 В чём отличия реечного мартенсита от игольчатого?

- морфология: игольчатый мартенсит имеет форму линзы (пластины), реечный имеет форму кристаллов-реек, вытянутых вдоль направления <111>.

- пространственное расположение: пластинчатый мартенсит выстраивается в форме зигзагов, а реечный рейки параллельны друг другу и образуют пакеты, разделенные тонкими прослойками остаточного аустенита.

- химический состав: игольчатый мартенсит – высоокоуглеродистый, содержит 0,6-2%С, игольчатый – малоуглеродистый <1%C. (При 0,6-1%С в структуре присутствуют оба вида)

- по условиям получения: РМ - при высоких температурах, ИМ – при низких.

- по субструктуре: игольчатый имеет мадриб (скопление параллельных двойников по плоскостям {112} – линия повышенной травимости), у реечного мадриба нет.

- по деффектности: игольчатый – двойникованный, а реечный – дислокационный (при низкой температуре деформация двойникованием, а при высокой сдфигом)

10.6 Опишите механизм мартенситного превращения в углеродистых сталях.

11. Бейнитное превращение в сталях.

11.1 Какова причина формирования неоднородного распределения углерода в аустените на начальной стадии бейнитного превращения?

Деформации решетки в аустените вызывают повышение концентраций дислокаций. Эти самые дислокации и притягивают атомы углерода, образуя атмосферы Коттрела. В результате в аустените образуются участки обогащенные и обедненные углеродом.

11.2 В чем отличие структуры верхнего бейнита от нижнего?

Верхний бейнит характеризуется группами тесно примыкающих друг к другу сравнительно светлых пластин α фазы с прослойками цементита по краям, на фоне которых наблюдаются вытянутые карбидные частицы на порядок меньше размером. Нижний бейнит больше похож на мартенсит отпуска, индивидуальные пластины (иглы), внутри которых одинаково ориентированные частицы карбидов ориентировка которых не совпадает с осью кристалла α-фазы. (На рисунке не должно быть волос карбидов в верхнем бейните)

11.3 Какие разновидности цементита имеются в перистом и игольчатом бейните?

11.4 Как получить в стали бейнит?

Получить бейнит в стали можно при помощи «изотермической закалки на бейнит» в расплавленной соли или расплавленной щелочи, которая заключается в быстром охлаждении сплава из аустенитной области до температуры несколько выше мартенситной точки Мн и выдержка при этой температуре до окончания бейнитного превращения и последующее охлаждение.