1.6. Железо и его сплавы

Диаграмма состояний железоцементит. Компоненты, фазы и структурные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики и свойства. Формирование структуры углеродистых сталей и белых чугунов при медленном охлаждении из жидкого состояния.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Легирующие элементы (л.э.) в сталях: взаимодействие л.э. с железом и углеродом, влияние л.э. на свойства феррита и аустенита. Структурные классы легированных сталей.

Классификация сталей. Маркировка углеродистых и легированных сталей.

Примеси в чугунах. Классификация чугунов по форме графитных включений и строению металлической основы. Серый, ковкий и высокопрочный чугуны (получение, свойства, маркировка, применение).

Методические указания

Диаграмма состояний железо-цементит является основой для изучения структуры и свойств железоуглеродистых сплавов. Студент обязан уметь на память вычертить указанную диаграмму и рассмотреть формирование структуры любого сплава при охлаждении из жидкого состояния или нагреве до него с применением правила отрезков и концентраций.

Промышленные стали обязательно содержат, кроме железа и углерода, постоянные примеси, которые тоже оказывают влияние на свойства сталей. Необходимо четко уяснить, в чем заключается вредное влияние на сталь серы, фосфора и газов (кислорода, азота и водорода). Маркировку сталей различного класса, а также серых, ковких и высокопрочных чугунов надо помнить всегда.

При изучении чугунов необходимо обратить особое внимание на различия в строении белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов и вытекающих из них отличиях в свойствах.

1.7. Термическая обработка стали

Критические точки сталей и влияние на них легирующих элементов. Превращения, происходящие при нагреве стали. Рост зерна аустенита. Перегрев и пережог. Влияние размера зерна на свойства стали.

Превращения при охлаждении стали из аустенитного состояния . Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита углеродистой эвтектоидной стали. Перлитное превращение. Свойства перлита, сорбита и троостита. Мартенситное превращение, его основные особенности. Строение и свойства мартенсита. Промежуточное превращение. Влияние углерода и легирующих элементов на распад переохлажденного аустенита. Превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении. Критические скорости охлаждения и факторы, влияющие на них.

Превращения при нагреве закаленной стали. Строение и свойства структур отпуска. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске.

Отжиг стали. Виды отжига первого рода (рекристаллизационный, диффузионный, для снятия напряжений). Виды отжига второго рода (полный, изотермический, неполный, сфероидизирующий). Нормализация стали.

Закалка стали. Выбор температуры нагрева и охлаждающих сред для углеродистых и легированных сталей. Закалочные напряжения. Способы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали; факторы, влияющие на них.

Отпуск стали. Влияние отпуска на механические свойства стали. Обратимая и необратимая отпускная хрупкости стали. Виды отпуска стали.

Термомеханическая обработка стали (ТМО). Основные виды ТМО. Влияние ТМО на свойства стали.

Методические указания

Термическая обработка является наиболее рациональным способом изменения структуры и, следовательно, свойств сталей в достаточно широком диапазоне. В большинстве видов термической обработки (отжиг второго рода, нормализация, закалка) сталь нагревается до аустенитного состояния. При этом основная цель нагрева стали  получение структуры мелкозернистого аустенита. В связи с этим надо четко представлять, как следует выбирать температуру нагрева в зависимости от химического состава стали и вида термической обработки.

Конечная структура и свойства стали формируются при охлаждении из аустенитного состояния, т.е. при превращении переохлажденного аустенита. Следовательно, этим вопросам необходимо уделить особое внимание, т.к. выбор режима охлаждения при термической обработке базируется именно на этом. При изучении превращений переохлажденного аустенита необходимо хорошо усвоить, какое строение и свойства имеют перлит, сорбит, троостит, бейнит и мартенсит, в том числе и различие одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали.

Как было сказано выше, технология термической обработки базируется на закономерностях фазовых превращений, происходящих при нагреве и охлаждении стали. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разнообразие видов термической обработки и их назначение.