- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
2.7. Превращения при отпуске.
Отпуском называют нагрев закаленной стали до температур ниже А1, выдержкой при заданной температуре отпуска и последующим охлаждением на воздухе. Отпуск является окончательной операцией термической обработки.
Основным превращением при отпуске является распад мартенсита закалки с выделением карбидов. Распад мартенсита имеет диффузионный характер, поэтому скорость и полнота зависят от температуры отпуска, его продолжительности и химического состава стали. При увеличении содержания углерода возрастает пересыщенность углеродом мартенсита, снижаются температуры МН и МК. Как следствие, увеличивается количество аустенита остаточного в структуре стали после закалки. Поэтому в высокоуглеродистых (>0,5%) сталях наряду с распадом мартенсита закалки происходит также и распад остаточного аустенита. Легирующие элементы, растворенные в мартенсите, также понижают МН и МК, но повышают теплостойкость мартенсита, и его распад при отпуске легированных сталей происходит при более высоких температурах по сравнению с углеродистыми сталями.
При температуре отпуска углеродистых сталей до 150°С происходит частичный распад мартенсита с выделением из него части углерода в виде дисперсных ε – карбидов. Эта фаза отличается от цементита (Fe3C) типом кристаллической решетки и химическим составом (Fe2,4C). При этом мартенсит сохраняется как структура, но степень тетрагональности его кристаллической решетки снижается, хотя и незначительно.
При температуре отпуска 150-300°С происходит вторая стадия распада, что обусловлено дальнейшим обеднением мартенсита углеродом при одновременном росте размеров и количества карбидных частиц. В результате образуется структура, состоящая из твердого раствора, содержащего ≈0,1%С, и частиц цементита Fe3C.
Завершающая стадия распада мартенсита в углеродистых сталях происходит при температурах отпуска выше 300°С (350…500°С). При этом из мартенсита выделяется весь углерод в виде цементита, и мартенсит превращается в феррит. Образуется дисперсная феррито-цементитная смесь, причем цементит имеет зернистую формув отличие от пластинчатого цементита, образующегося при распаде аустенита.
Дальнейшее повышение температуры отпуска (500…650°С) обуславливает не только превращение мартенсита в феррит, но и заметный рост (коагуляцию) цементитных частиц. В результате коагуляции размер карбидов увеличивается в 3…4 раза и составляет в среднем 0,12мкм.
После закалки высокоуглеродистых (>0,5%С) сталей в их структуре вместе с мартенситом закалки содержится в значительном количестве аустенит остаточный. В этих сталях при температуре отпуска 250…350°С происходит превращение остаточного аустенита в нижний бейнит. Распад мартенсита происходит одновременно с этим превращением.
В высоколегированных сталях распад мартенсита затрудняется, и он сохраняется как структура до температур отпуска 500°С и выше. Атомы легирующих элементов, растворенные в мартенсите, снижают скорость диффузии атомов углерода и замедляют процессы образования и роста карбидных частиц. Наиболее заметно тормозят процесс распада мартенсита такие элементы, как хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт, кремний. Теплостойкий мартенсит обеспечивает работоспособность ряда деталей и инструментов, которые испытывают при эксплуатации интенсивное тепловое воздействие.