Difuzinis lydinių prisotinimas anglimi ir azotu. Plieno difuzijos procesai Atomai įveikia barjerą
Difuzinis plieno prisotinimas anglimi, azotu ir kartu su šiais elementais yra pramonėje plačiai taikomas cheminio-terminio apdorojimo procesas.
Karbiuruojantis plienas. Cementavimas (karburizavimas) vadinamas CTO, kuris susideda iš difuzinio plieno paviršiaus sluoksnio prisotinimo anglimi, kai kaitinama atitinkamoje terpėje - karbiuratoriuje. Paprastai karbiuravimas atliekamas esant aukštesnei nei Ac 3 temperatūrai (930–950 ° C), kai austenitas yra stabilus, ištirpdydamas anglį dideliais kiekiais.
Karbiurizavimui naudojami mažai anglies (0,1-0,18% C), dažniau legiruoti plienai (15X, 18KhGT, 20KhNM, 15KhGN2TA ir kt.). Dalys pristatomos karbiurizavimui po apdirbimo su šlifavimo priemone (50-100 mikronų). Daugeliu atvejų karbonizuojama tik dalis dalies: tada
Nekietėjančios vietos apsaugomos plonu mažai porėto vario sluoksniu (0,02-0,05 mm), kuris padengiamas elektrolitiniu būdu, arba izoliuojamas specialiomis dangomis.
Cementuotas sluoksnis turi a
kintama anglies koncentracija
storis mažėja nuo paviršiaus iki
detalės šerdis (5.9 pav., a). Ryšium su
tai cementuoto sluoksnio struktūroje
galima atskirti (nuo paviršiaus iki
šerdis) trys zonos (5.9 pav., b):
tektoidinis, susidedantis iš perlito ir
antrinis cementitas, formuojantis
tinklelis ant buvusio austenito grūdelio; ev-
tektoidas, susidedantis iš lamelinio
Ryžiai. 5.9. Perlito koncentracijos pokytis; hipoeutektoidas - nuo per-
anglies pagal gylį cementuotas liejinys ir feritas. Ferito kiekis
sluoksnis a) ir mikrostruktūros schema už šios zonos nuolat didėja,
sukietėjęs anglies sluoksnis (b): didelė koncentracija ugpvro.
1 - hipereutektoidas; 2 - eutektoidas; ,* g ■/ g
h - hipoeutektoidinė zona Taip (daugiau nei 1,2-1,3%) paviršiuje
sluoksnis, susidaro stambus cementito tinklas arba spyglių pavidalu išsiskiria cementitas, kuris neigiamai veikia difuzinio sluoksnio stiprumą.
Pagrindiniai glaistymo tipai yra kietieji ir dujiniai. Karbiuravimas dujomis yra pažangesnis technologinis procesas nei kietasis karbiuravimas. Jis turi daug privalumų, palyginti su karbiuravimu kietame karbiuratoriuje. Karburizuojant dujomis, galima gauti tam tikrą anglies koncentraciją sluoksnyje; sutrumpėja proceso trukmė; suteikiama galimybė visiškai mechanizuoti ir automatizuoti procesą; vėlesnis dalių terminis apdorojimas yra labai supaprastintas, nes grūdinimas gali būti atliekamas tiesiai iš karbiuracinės krosnies.
Aukščiausios kokybės cementuotas sluoksnis gaunamas kaip karbiuratorius naudojant gamtines dujas, kurias beveik vien sudaro metanas (CI“) ir propano-butano mišiniai bei skystieji angliavandeniliai. Pagrindinė reakcija, užtikrinanti karbonizaciją karbonizuojant dujomis, yra 2CO -» CO 2 + Cn; С „ -» yFe (C) (procesas atliekamas
910-930 °C 6-12 valandų).
Galutinės cementuotų gaminių savybės įgyjamos termiškai apdorojant po karbonizavimo. Šis apdorojimas yra būtinas norint pakoreguoti šerdies ir karbonizuoto sluoksnio struktūrą ir patobulinti grūdėtumą, kuris neišvengiamai didėja ilgai laikant aukštoje karbiuravimo temperatūroje, kad būtų pasiektas didelis karbiuruoto sluoksnio kietumas ir geros mechaninės šerdies savybės.
Daugeliu atvejų, ypač apdirbant paveldimą smulkiagrūdį plieną, naudojamas grūdinimas virš Aci (šerdies) taško 820–850 ° C temperatūroje. Taip užtikrinamas grūdelių išgryninimas ir visiškas cementuoto sluoksnio sukietėjimas bei dalinė perkristalizacija ir šerdies grūdelių išgryninimas.
Karbieruojant dujomis, kietinimas dažnai naudojamas nekaitinant, o tiesiai iš karbiuracinės krosnies, atšaldžius produktus iki 840–860 ° C. Šis apdorojimas nepataiso karburizuoto sluoksnio ir šerdies struktūros, todėl jis naudojamas tik gaminiams, pagamintiems iš paveldimo smulkiagrūdžio plieno.
Po karbonizavimo terminis apdorojimas kartais susideda iš dvigubo gesinimo ir grūdinimo. Pirmasis grūdinimas (arba normalizavimas) kaitinant iki 880–900 ° C (virš šerdies taško Ac 3), skirtas ištaisyti šerdies struktūrą. Antrasis grūdinimas atliekamas kaitinant iki 760-780 °C, kad būtų išvengta karbiuoto sluoksnio perkaitimo ir suteiktų jam didelį kietumą. Tokio terminio apdorojimo trūkumas yra technologinio proceso sudėtingumas, oksidacijos ir dekarbonizacijos galimybė.
Galutinė grūdintų gaminių terminio apdorojimo operacija yra žemas grūdinimas 160-180 °C temperatūroje, dėl ko sukietėjęs martensitas paviršiniame sluoksnyje paverčia grūdintu martensitu, sumažinant įtampą ir pagerinant mechanines savybes.
Dėl terminio apdorojimo cementuotas sluoksnis turi turėti smulkiai smailaus martensito struktūrą, o izoliuotos sritys iš sulaikyto austenito (15-20%) arba martensito, sulaikyto austenito ir nedidelio kiekio karbidų pertekliaus rutuliukų pavidalu.
Cementuoto sluoksnio paviršiaus kietumas yra HRC ~ 58-62, o šerdyje HRC ~ 30-45. Cementuojant dažnai kontroliuojamas ne bendras, o efektyvus sluoksnio storis. Efektyvus storis atitinka sluoksnio zoną nuo prisotinimo paviršiaus iki zonos ribos, kurios kietumas HRC ~ 50 arba HV ~ 550. Efektyvus sluoksnio storis yra 0,4-1,8 mm.
Plieno azotavimas. Nitridavimas vadinamas CHTO, kuris susideda iš difuzinio plieno paviršiaus sluoksnio prisotinimo azotu, kai kaitinama atitinkamoje terpėje. Nitridinami vidaus degimo variklių cilindrų įdėklai, turbinų jungiamųjų detalių dalys ir daugelis kitų dalių, kurios susidėvi esant aukštai temperatūrai agresyvioje aplinkoje. Azotuoto plieno sluoksnio kietumas yra didesnis nei karbonizuoto ir išlaikomas kaitinant iki aukštų temperatūrų (450–500°C), o martensitinės struktūros karbonizuoto sluoksnio kietumas išlieka tik iki 200–225°C.
Nitridavimas dažnai atliekamas 500-600 °C temperatūroje (žemos temperatūros nitridavimas). Feritiniai ir austenitiniai plienai bei ugniai atsparūs metalai (Ti, Mo ir kt.) yra aukštoje temperatūroje (600-1200 °C) nitridinami. Dujų azotavimas yra labiausiai paplitęs. Paprastai tai atliekama hermetiškose kamerose (retortose), kur tam tikru greičiu patenka amoniakas,
disociuojantis pagal reakciją NH 3 ■ "*" N + / 2 H 2. Siekiant sumažinti trapumą ir taupyti amoniaką, rekomenduojama nitriduoti amoniake, praskiestame azotu.Išsiskyręs atominis azotas adsorbuojamas metalo paviršiuje ir difunduoja į jo kristalinę gardelę. , sudarydami įvairias azotines fazes.Lydiniuose geležis su azotu susidaro šios fazės: os-fazė- kietas azoto tirpalas a-geležyje;y-fazė- azoto austenitas, kuris susidaro aukštesnėje nei eutektoido temperatūroje (591). ° C); y "-fazė - kietas tirpalas, kurio pagrindą sudaro geležies nitridas Fe 4 N (5,7-6,1% N); B fazė – kietas tirpalas, kurio pagrindą sudaro Fe2-3N nitridas (8,0-11,2 % N).
Vadinasi, nitriduojant žemesnėje nei eutektoido temperatūroje, difuzinis sluoksnis susideda iš trijų sluoksnių: e + y" + oc. Kietumo nešiklis yra apatinis oc sluoksnis (dėl dispersinių nitridų nusodinimo); y" sluoksnis yra labai plonas, dažnai net neaptinkamas, o s sluoksnis yra trapus ir trapus.
Azotavimo atveju esant aukštesnei nei eutektoido temperatūrai, pavyzdžiui, 650 °C, sluoksnis šioje temperatūroje susideda iš šių fazių: e + y" + y + os . Lėtai aušinant, azoto γ-austenitas skyla į eutektoidą:
Y -> apie. + y", o greitai aušinant patiria martensitinę transformaciją. Šiuo atveju martensito posluoksnis atitinka didžiausią kietumą.
Azotuojant legiruotą plieną, susidaro legiruotos e ir y fazės. Legiravimo elementai W, Mo, Cr, Ti, V, ištirpę ferite, padidina azoto tirpumą a-fazėje ir sudaro specialius nitridus MN, M 2 N (VN, TiN, Cr 2 N ir kt.). Šie nitridai, išsiskiriantys smulkiai dispersine būsena, padidina nitriduoto sluoksnio kietumą.
Pastaraisiais metais buvo naudojamas nitridavimas pridedant anglies turinčių dujų, kuris atliekamas 570 ° C temperatūroje 1,5-3,0 valandas atmosferoje, kurioje yra 50% (tūrio) endodujų ir 50% (tūrio) amoniako. Dėl tokio apdorojimo susidaro 7–25 μm storio karbonitrido (Fe,M) 2 _ 3 (N,C) zona, kuri yra mažiau trapi ir pasižymi didesniu atsparumu dilimui nei grynai azoto e-fazė (Fe, M) 2 _ 3 N. Karbonitrido sluoksnio kietumas ant legiruotojo plieno yra HV 600-1100. Bendras sluoksnio storis 0,15-0,5 mm.
Joninis azotavimas ir karburizavimas. Jonų azotavimas naudojamas procesams aktyvuoti dujinėje terpėje ir prisotintame paviršiuje. Tuo pačiu metu žymiai sutrumpėja bendras proceso laikas (2-3 kartus) ir padidėja azotuoto sluoksnio kokybė. Joninis azotavimas atliekamas plieniniame inde, kuris yra anodas. Azoto dalys tarnauja kaip katodas. Per indą žemu slėgiu praleidžiama azoto turinti dujų terpė. Pirma, paviršius, kuris turi būti nitridinamas, nuvalomas katodiniu purškimu retintose azoto turinčiose dujose arba vandenilyje. Esant maždaug 1000 V įtampai ir 13,33-26,33 Pa slėgiui, dujų jonai bombarduoja ir nuvalo katodo paviršių (detaliau). Paviršius pašildomas iki ne aukštesnės kaip 200 °C temperatūros. Tada nustatomas darbo režimas: įtampa 300-800 V, slėgis 133,3-1333 Pa, savitoji galia 0,7-1 W/cm 2 . Detalės paviršius įkaista iki reikiamos temperatūros (450-500 °C) dėl bombardavimo teigiamais dujų jonais. Azoto jonai sugeriami katodo (dalių) paviršiuje ir tada pasklinda į vidų. Lygiagrečiai su tuo vyksta katodinio paviršiaus purškimo procesas, leidžiantis atlikti sunkiai azotuojančių lydinių azotavimą, kurie spontaniškai padengiami apsaugine oksido plėvele, kuri neleidžia azotui prasiskverbti įprastu būdu. azotavimas.
Kartu su jonų azotavimu naudojamas jonų karbiuravimas. Joniniam karbiurizavimui reikalinga aukšta paviršiaus kaitinimo temperatūra (900-1050 °C), kuri pasiekiama arba padidinus specifinę galią, arba naudojant papildomą išorinį karbiuruojamų dalių šildymą.
Jonų cementavimo ir jonų azotinimo metu stebimas difuzijos procesų pagreitis, ypač pradiniame etape, ir
ilgesnis prisotinimo laikas, palyginti su tradiciniais karbiuravimo ir azotavimo metodais.
Vienu metu plieno paviršiaus prisotinimas azotu ir anglimi. Daugybė tyrimų parodė, kad kai kuriais atvejais bendras plieno difuzinis prisotinimas azotu ir anglimi turi tam tikrų pranašumų. Taigi azotas prisideda prie anglies difuzijos, todėl difuzijos prisotinimo temperatūrą galima sumažinti iki 850 °C. Šis procesas vadinamas nitrokarburizavimu, nes pradinė terpė yra cementuojančių dujų ir amoniako mišinys. Proceso trukmė 4-10 val.Pagrindinis karbonitridavimo tikslas – padidinti plieno gaminių kietumą ir atsparumą dilimui.
Palyginti su karbonizavimu, nitrokarburizavimas turi daug reikšmingų pranašumų. Legiruojant austenitą azotu, a 5 = y virsmo temperatūra sumažėja, todėl įsotinimo procesą galima atlikti žemesnėje temperatūroje. Tuo pačiu metu, esant azotui, anglies difuzinis judrumas austenite smarkiai padidėja. Nitrokarburizuotų ir cementuotų sluoksnių augimo greitis yra beveik vienodas, nors nitrokarburizavimo temperatūra yra beveik 100°C žemesnė. Sumažinus soties temperatūrą, nedidinant proceso trukmės, galima sumažinti ruošinių deformaciją, sumažinti krosnies įrangos įkaitimą. Beveik ta pati įranga naudojama dujų karbiuravimui ir nitrokarburizavimui.
Legiruotų plienų karbonitridavimui naudojama kontroliuojama endoterminė atmosfera, į kurią įpilama 1,5-5,5 % (tūrio) gamtinių dujų ir 1,0-3,5 % (tūrio) amoniako. Po nitrokarburizavimo gesinama tiesiai iš krosnies, rečiau pakaitinus. Po gesinimo grūdinimas atliekamas 160-180 ° C temperatūroje.
Esant optimalioms prisotinimo sąlygoms, nitrokarburizuoto sluoksnio struktūra susideda iš smulkaus smailiojo martensito, nedidelio kiekio smulkių tolygiai paskirstytų karbonitridų ir 25-30% likutinio austenito.
Sluoksnio kietumas po grūdinimo ir žemo grūdinimo - HRC ~ 58-60, HV -570-690. Nitrokarburizuoto sluoksnio storis 0,2-0,8 mm. Nitrokarburizavimas dažniausiai taikomas sudėtingos formos dalims, pavyzdžiui, krumpliaračiams.
Vienu metu plieno prisotinimas anglimi ir azotu taip pat vyksta cianiduojant išlydytose druskose, turinčiose natrio cianido 820-860 °C temperatūroje. Tačiau išlydytų druskų toksiškumas yra rimtas trūkumas, trukdantis įgyvendinti šį procesą.
Problemos sprendimas gali būti sukurtas Maskvos valstybiniame technikos universitete. N. E. Baumanas, karbonitracijos procesas (autoriai D. A. Prokoškinas, A. V. Supovas ir kt.). Kalio cianatas naudojamas aktyviam lydymui gauti. Kaitinimo ir lydymosi temperatūroje atmosferos sąlygomis vyksta oksidacija
kalio cianato praskiedimas pagal reakciją 2KNCO + 0 2 \u003d K 2 CO e + CO + H 2. Esant žemesnei nei 600 ° C temperatūrai, anglies monoksidas suyra pagal reakciją 2CO \u003d C0 2 + C at. Karbonitracijos procesui suintensyvinti naudojamas oro pūtimas. Laikymo laikas kaitinimo temperatūroje lydaloje svyruoja nuo kelių minučių iki kelių valandų. Dėl karbonitracijos (lydymosi temperatūra 530-570 °C, laikymo laikas 5-30 min.) greitaeigių plieninių įrankių ilgaamžiškumas padidėja 1,5-4 kartus.
Kaip matyti iš eksperimentinių duomenų (3 pav.) ir lygties (I, 1) svarstymo, esant mažoms difuzinio elemento koncentracijoms, D reikšmė yra beveik pastovi, lygi D vertei iki maždaug (esant "nulinei" koncentracijai) . Taigi, anglies koncentracijos pokytis nuo 0 iki 3% (atominis) padidina D nuo 12-10 -7 iki 14,3-10 -7 cm 2 /sek, o tai priklauso nuo eksperimento tikslumo.
Difuzijos koeficiento priklausomybė nuo temperatūros išreiškiama lygtimi
kur I yra absoliuti temperatūra, o R yra dujų konstanta.
Akivaizdu, kad D reikšmę tam tikroje temperatūroje lemia dvi konstantos: D 0 ir Q, todėl šiems dydžiams bus skiriamas ypatingas dėmesys. Dydis Q vadinamas difuzijos šilumos arba aktyvacijos energija. Difuzijos šiluma yra tiesiogiai susijusi su kristalinės gardelės energija: kuo didesnė jos reikšmė, tuo didesnė bus difuzuojančio atomo jungimosi energija su terpės kristaline gardele. Teorinių ir eksperimentinių tyrimų duomenimis, grynų metalų savaiminės difuzijos atveju aktyvacijos energija yra apie 0,7 (centruotai į veidą) ir 0,9 (centruotai į kūną) kristalinės gardelės surišimo energijos.
Lygties konstanta D 0 (vadinamasis ikieksponentinis koeficientas) neturi tokios akivaizdžios fizinės reikšmės ir kinta labai plačiame diapazone. Kai kuriais duomenimis, tai tam tikra priklausomybė nuo difuzijos šilumos. Tačiau, pavyzdžiui, įvairių geležies modifikacijų atveju, kai savaiminio difuzijos energijos vertės yra beveik identiškos, D 0 Fe a yra 2,3 10 3, Fe y -5,8 cm 2 / sek.
Padidėjęs taškinių ir kitų kristalų struktūros netobulumų kiekis ribiniuose sluoksniuose, dėl ko turėtų palengvėti difuzijos judesiai.
Legiruojamųjų elementų difuzija
Fazių virsmų procesai yra susiję su legiruojančių elementų judėjimu ferite ir austenite. Todėl norint suprasti legiruojančių elementų įtakos priežastis, būtina ištirti difuzijos proceso kiekybines charakteristikas. Šiuo metu šioje srityje yra mažai duomenų, jei neįtrauksime verčių, gautų negriežtomis sąlygomis difuzinio prisotinimo metu (cheminis-terminis apdorojimas). Tyrimo netikslumą šiuo atveju lemia įvedus kintamąjį, į kurį skaičiuojant neatsižvelgiama: difuzinio elemento koncentracijos pokyčiai paviršiniame sluoksnyje difuzijos metu. Toliau pateikti duomenys buvo gauti visiškai laikantis eksperimentinių sąlygų ir skaičiavimo lygčių sudarymo sąlygų.
Molibdeno difuzija ferite ir austenite buvo išsamiai ištirta. Pažymime difuzijos koeficientą ferite D f ir austenite D A .
Kaip ir geležies savaiminio difuzijos atveju, ferito difuzijos koeficientas viršija austenito difuzijos koeficientą daugiausia dėl išankstinio eksponentinio koeficiento D 0 . Taigi, esant 1260 ° D f yra 80 kartų didesnis už D A, o esant 925 ° - 90 kartų. Anglies įvedimas į austenitą 0,4% kiekiu nekeičia difuzijos šilumos Q (59 000 cal / g-atomas) , bet padidina D 0 reikšmę nuo 0,068 iki 0,091, pagreitindama molibdeno difuziją austenite.
Ištirta chromo difuzija.
Kaip ir molibdeno atveju, chromo difuzijos koeficientas ferite viršija difuzijos koeficientą austenite. Kobalto ir volframo difuzijos priklausomybė nuo temperatūros.
Šių elementų difuzijos koeficientų priklausomybė nuo temperatūros parodyta fig. vienuolika.
0,8 % C įvedimas į austenitą sumažina chromo difuzijos šilumą nuo 97 000 iki 75 000 cal/g atomo; kobaltui nuo 104 000 iki 80 000 cal/g atomo; volframui – nuo 90 000 iki 75 000 cal/g atomo. Šie duomenys gali reikšti, kad įvedant anglį susilpnėja austenito surišimo jėgos.
Esant reikšmingam D0 ir Q reikšmių skirtumui, chromo, kobalto ir volframo austenito difuzijos konstantų absoliučios vertės yra labai artimos. Kai difuzija ferite yra 700-800°, pastebimas reikšmingas skirtumas: kobalto D yra 10-20 kartų didesnis nei chromo difuzijos koeficientas. Volframas užima tarpinę padėtį.
Ištirta nikelio ir mangano difuzija austenite
Įdėjus 0,6 % C, nikelio difuzijos šiluma austenite sumažėja iki 65500 cal/g atomo, o pridėjus 0,35 % C sumažėja
2 M. E. Blanteris
mangano difuzijos šiluma iki 61 000 cal/g-atomo. Tokiu atveju D 0 padidėja, o nikelio ir mangano difuzijos koeficientas austenite, veikiant anglies poveikiui, kelis kartus padidėja.
Ištirta silicio difuzijos koeficiento Fe a priklausomybė nuo temperatūros.
Trečiųjų elementų įvedimas keičia difuzijos konstantų reikšmę. Aukščiau buvo parodyta, kad anglies įvedimas žymiai sumažina Fe y savaiminio difuzijos šilumą ir chromo, kobalto ir volframo difuzijos šilumą austenite. Anglies įvedimas taip pat padidina molibdeno, nikelio ir mangano difuzijos koeficiento vertę. Kaip parodyta chromo difuzijos geležyje tyrime, trečiojo komponento įvedimas 1% kiekiu (atominis) žymiai pakeičia difuzijos šilumos vertę.
Toks trečiųjų elementų įvedimo efektas gali būti siejamas su tarpatominių surišimo jėgų susilpnėjimu, dėl kurio gali sumažėti difuzijos proceso aktyvavimo šiluma ir atsirasti papildomų taškų netobulumų (žr. toliau), kurie Be to, padidėja ikieksponentinio koeficiento vertė.
Anglies difuzija
Šis procesas atlieka svarbų vaidmenį angliavandenių ir daugumos plieno transformacijų metu. Todėl anglies difuzijos procesas buvo tiriamas daugelyje tyrimų. Esminis daugumos ankstesnių tyrimų trūkumas, ypač naudojant paviršiaus prisotinimą anglimi, yra neatitikimas tarp apskaičiuotų lygčių integravimo sąlygų ir faktinių difuzijos procesų atsiradimo sąlygų. Tokiais atvejais galbūt tik difuzijos šiluma Q yra artima tikrajai.
§ 8. Kaip išmatuoti atomų difuzijos greitį, kai jie nesklinda?
Difuzijos problema yra viena iš pagrindinių kietojo kūno fizikos problemų. Difuziją dažniausiai lemia tirpių medžiagų koncentracijos skirtumai skirtinguose kūno tūriuose. Pavyzdžiui, jei anglis yra ištirpusi geležyje ir kai kuriose srityse jos atomų koncentracija didesnė nei kitose, tai anglies atomai judės ta kryptimi, kur jų bus mažiau. Daugumos metalų kristalinė gardelė atitinka vieną iš trijų tipų, parodytų Fig. 26 jonų (rutuliukų) pakuotė: kubinis į veidą (26 pav., a), šešiakampis uždaras (26 pav., b) ir į kūną orientuotas kubas (26 pav., c).
Kambario temperatūroje geležis yra α modifikacija ir turi trečiojo tipo gardelę. Anglies atomai yra pagrindinio komponento gardelės tarpuose, įvedami į tarpus tarp jo atomų. Tai, beje, nėra taip paprasta, nes metalo atomai yra glaudžiai greta vienas kito. Pavyzdžiui, į porą, atitinkančią padėtį kubo krašto centre, galima įrašyti 0,02 nm rutuliuką, kad joje netilptų net mažas anglies atomas. Jis sunkiai „įsispaudžia“ į savo vietą ir sukelia gardelės iškraipymus, išstumdamas kaimyninius geležies atomus.
Difuzijos procese anglies atomas daro „šuolį“ iš geležies gardelės tarpinės vietos, kurią jis užima, į gretimą, tą pačią intersticinę vietą, tada į kitą ir pan. Kiekvieną kartą jis „susispaudžia“ sunkumas tarp arti gretimų tirpiklio atomų , kol jis atsiduria gretimoje įterpimo padėtyje, kur jis taip pat yra ankštas, bet vis tiek „tolerantiškas“. Kad difuzuojantis atomas padarytų šuolį, jis turi turėti energijos perteklių (tarsi yra tam tikras energijos barjeras, kurį reikia įveikti). Šio barjero aukštis yra vadinamoji difuzijos aktyvavimo energija Q. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo intensyvesni atomų šiluminiai virpesiai ir tuo lengviau įveikti barjerą.
Svarbiausias difuzinio atomų judrumo rodiklis yra difuzijos koeficientas D. Remiantis difuzijos teorija, vidutinis atstumas, kuriuo atomas juda difuzijos klajonių metu per laiką t, yra proporcingas dydžiui √Dt. Difuzijos koeficiento matmuo yra cm 2 /s, taigi yra ilgio matmuo. Akivaizdu, kad didėjant temperatūrai difuzijos koeficientas smarkiai didėja. Pirmą kartą šią priklausomybę nustatė švedų mokslininkas S. Arrhenius 1889 m.
D \u003d D 0 e -Q / kT.
Čia k yra Boltzmanno konstanta, o D 0 yra proporcingumo koeficientas (priešeksponentinis koeficientas) * .
* (B. S. Bokshteino knygoje „Atomai klaidžioja per kristalą“ (M.: Nauka, 1983. Biblioteka „Kvant“, 28 leidimas) detaliai nagrinėjama difuzijos kietose medžiagose problema ir įtikinamai parodyta būtinybė nustatyti difuzijos parametrus.)
Norint išmatuoti medžiagos difuzijos koeficientą tam tikrame metale, ji (arba jos radioaktyvusis izotopas) uždedamas ant metalo paviršiaus, po to kaitinamas ir mėginys ilgą laiką laikomas aukštoje temperatūroje, kad gautųsi pakankamai tirštas. metalo sluoksnis su gana didele difuzuojančios medžiagos koncentracija (mažiausiai apie 100 mikronų – kad šį sluoksnį aiškiai matytumėte mikroskopu ir tiksliai išmatuotų).
Tada, žinant difuzijos kelią √Dt ir atkaitinimo laiką, šiuo metodu galima pakankamai tiksliai išmatuoti koeficientą D. Bet ką daryti, jei reikia žinoti difuzijos koeficientą žemoje temperatūroje, kai tokiam sluoksniui gauti prireikia mėnesių? Čia nėra perdėti. Pavyzdžiui, anglies difuzijos koeficientas geležyje kambario temperatūroje yra apie 10–17 cm 2 /s, o anglies atomo judėjimas vos vienu tarpatominiu atstumu užtrunka kelias sekundes. O esant 900 - 950 °C temperatūrai, geležies paviršius prisotinamas anglimi iki 1 mm gylio (tai technologijose labai paplitęs procesas – cementavimas) įvyksta per kelias valandas. Akivaizdu, kad visa esmė yra difuzijos koeficiento vertėje, kuri 900 ° C temperatūroje yra maždaug 10–7 cm 2 / s, t.y. 10 eilučių didesnė nei kambario temperatūroje (eksponentas!). Tokiu atveju difuzijos greitis padidėja atitinkamai 5 dydžiais.
Tuo tarpu labai svarbu žinoti difuzijos parametrus esant žemai temperatūrai. Visų pirma, geležyje ir pliene svarbūs struktūriniai pokyčiai vyksta jau kambario temperatūroje, susiję su anglies atomų pasislinkimu nedideliais atstumais. Taigi kaip būti? Arrhenius lygtis ateina į pagalbą. Kadangi D 0 ir Q nepriklauso nuo temperatūros, pakanka išmatuoti D esant dviem skirtingoms temperatūroms (bet abi turi būti aukštos, nes reikia pakankamai storo sluoksnio). Tada D 1 = D 0 e -Q/kT 1 ir D 2 = D 0 e -Q/kT 2, ir šioje dviejų lygčių sistemoje lieka du nežinomieji. Radę D 0 ir Q, galime ekstrapoliuoti difuzijos koeficientą bet kurioje temperatūroje.
Arrhenius lygties pagrįstumas buvo ne kartą patikrintas eksperimentiškai, tačiau visi šie eksperimentai buvo atlikti pakankamai aukštų temperatūrų srityje. Ar veiks ir žemoje temperatūroje, ar galioja ekstrapoliacija? Yra pagrindo tuo abejoti, bent jau kai kuriais atvejais. Pavyzdžiui, stipriai deformuotame metale esant žemai temperatūrai yra daug kristalinės gardelės defektų (jie bus aptariami kitame skyriuje), kurie gali stipriai paveikti atomų difuzinį judrumą. O aukštoje temperatūroje, reikalingoje difuziniam atkaitinimui, jų skaičius sumažėja tūkstančius kartų, ir mes nevalingai gauname iškreiptą supratimą apie jų vaidmenį difuzijos procesuose.
Taigi ar galima tiesiogiai nustatyti difuzijos koeficientą žemoje temperatūroje, kai pačios difuzijos praktiškai nėra (tiksliau, kai ji itin lėta)? Čia vidinės trinties matavimo metodas pasakys svarų žodį.
Kaip jau nustatėme, ištirpę α-geležies gardelėje, anglies atomai beveik nėra tarp geležies atomų ir yra priversti juos išstumti. Du artimiausi geležies atomai, išsidėstę briaunos pakraščiuose, kurių centrą užima anglies atomas, ypač stipriai pasislenka iš įprastų pozicijų. Vienetinę α-geležies ląstelę pavaizduokime perdėtai (28 pav., a), padidindami atstumus tarp atomų. Jei šioje ląstelėje yra anglies atomas, tai jis yra iškraipytas, kaip (taip pat perdėtai) parodyta padėtyje "c" - vietoj kubo gauname prizmę, kurioje matmenys išilgai Z ašies yra didesni, o išilgai kitos dvi ašys – mažiau nei originalios Kubos.
Kadangi anglies atomai sukelia stiprius α-geležies gardelės iškraipymus, remiantis mums jau žinomu Le Chatelier principu, jis nemėgsta ištirpinti anglies. Kambario temperatūroje ribinis anglies tirpumas α-geležyje matuojamas tūkstantosiomis procento dalimis, todėl vienas iš jos atomų patenka į kelis tūkstančius ląstelių. Iškraipymai greitai mažėja didėjant atstumui nuo ląstelės, kurią užima anglies atomas, todėl gardelė kaip visuma išlieka kubinė. Be to, nėra jokios priežasties anglies atomams teikti pirmenybę Z ašiai, o ne kitoms ašims, todėl jie yra vidutiniškai tolygiai paskirstyti išilgai visų trijų nelygiagrečių kubo kraštų. Paprastai ši situacija vaizduojama padėtyje „b“. Susitarimas yra toks, kad trys anglies atomai bus per daug vienoje ląstelėje. Jei viename iš jų anglies atomas yra krašte, lygiagrečiame Z ašiai, tai kitame, nutolusiame tūkstančius tarpatominių atstumų, jis greičiausiai atsidurs krašte, lygiagrečiame X arba Y ašiai ir pan.
Tačiau situacija drastiškai pasikeičia, jei mes taikome tempimo jėgą, pavyzdžiui, išilgai ašies Z. Tai savaime sukelia tokius pat gardelės iškraipymus kaip ir "c" padėtyje. Vertikalios briaunos ištemptos, likusios suspaudžiamos (taip pat, žinoma, keičiasi ir paties ištempto mėginio išoriniai matmenys). Dabar anglies atomams patogiausios įterpimo vietos nebėra lygios. Jiems patogiau būti vertikaliuose šonkauliuose, jau ištemptuose išorinio įtempimo, nei horizontaliuose - suspaustuose. Tai privers atomus peršokti iš X ir Y ašių pozicijų į vertikalius kraštus ir toliau juos ištempti. Ant pav. 28d rodo, prie ko tai veda. Čia susitarimas yra toks pat, kaip ir „b“ padėtyje – kiekvienas atomas atlieka šį šuolį, žinoma, savo „savo“ elementarioje ląstelėje, tačiau visose ląstelėse, kuriose yra anglies atomų, jie bus linkę peršokti į vertikalią kraštą. Anglies atomas ieško vietos, kur porų dydis yra didesnis.
Tačiau anglies atomai atlieka tuos pačius šuolius iš vieno krašto į kitą difuzijos judėjimo gardelėje metu. Šuolio greitį lemia atomų difuzinis judrumas tam tikroje temperatūroje. Yra paprastas ryšys tarp difuzijos koeficiento ir šuolio laiko τ tinklelyje, kurio briaunos ilgis a, kurį nustatė A. Einšteinas: D = a 2 /τ; šis ryšys yra teisingas iki koeficiento, kuris priklauso nuo gardelės geometrijos ir yra artimas vienybei (perrašytas kaip a = √Dτ, tai primins jau pažįstamą išraišką – vieną iš pagrindinių difuzijos lygčių).
Taigi gavome tipišką atsipalaidavimo procesą, kuris sukelia vidinę trintį. Cikliškai keisime išilgai Z ašies taikomą apkrovą (įtempimas – suspaudimas). Jei virpesių dažnis yra labai didelis, o ciklo laikas trumpas, palyginti su τ, atomai nespės šokinėti, kol įtampa nepasikeis, o Z briaunos pradės trauktis, o ne patogiau, o priešingai, nepatogiai. įterpimo padėtys. Anglies atomas turi laiko tik „norėti“ pašokti, nes situacija kardinaliai keičiasi.
Esant per žemiems dažniams, visi šuoliai turės laiko sekti kintančią įtampą. Apkrovos metu atomai turi laiko užimti vertikalias briaunas, o išsikrovimo metu jie šokinėja atgal ir sukuria pradinį atsitiktinį pasiskirstymą pagal tris ašis. Kai išorinis įtempis pradeda spausti kristalą išilgai Z ašies, atomai judės iš vertikalių ašių į horizontalias ir pan. kiekvienu momentu turės būti nustatytos trys ašys, kurios geriausiai atitinka įtampos dydį ir ženklą.
Kaip jau žinome, šiais dviem kraštutiniais atvejais nėra vidinės trinties. Maksimumą jis pasieks esant svyravimo dažniui, atitinkančiam sąlygą ωτ p = 1, o čia τ p yra artimas τ – difuzijos šuolio laikui. Juk ne taip svarbu, kas tiksliai yra šuolių varomoji jėga – anglies atomų koncentracijos skirtumas skirtingose vietose, kaip įprastoje difuzijoje, ar periodiškai besikeičianti išorinė įtampa, kaip mūsų pavyzdyje.
Dabar, išmatavę dažnį ω, kai vidinė trintis pasiekė maksimumą, ir grotelių periodą a, galime lengvai nustatyti koeficientą D.
Įdomu tai, kad didžiausia vidinė trintis dėl nagrinėjamo proceso kambario temperatūroje randama maždaug 1 Hz dažniu, o tai labai patogu matavimams. Tačiau apskritai savo nuožiūra galime keisti ir svyravimų dažnį, ir mėginio temperatūrą. Tai leidžia rasti mus dominančią difuzijos proceso aktyvavimo energiją. Pavyzdžiui, esant temperatūrai T 1, pagal Arenijaus lygtį difuzijos koeficientas yra D 1, o šuolio laikas (pagal Einšteino formulę) τ 1. Jei šioje temperatūroje sklandžiai pakeisime virpesių dažnį ω, tai vidinė trintis pasieks maksimumą esant ω 1 = 1/τ 1 . Esant temperatūrai T 2, maksimumas pasirodys skirtingu dažniu ω 2, nes difuzijos koeficientas šioje temperatūroje yra lygus D 2 ir šuolio laikui τ 2 . Taigi vėl gauname dvi Arenijaus lygtis su dviem nežinomaisiais D 0 ir Q. Likusi dalis yra technikos reikalas.
Štai, ko gero, nuobodžiausia knygos dalis. Toliau, kaip tikimės, viskas bus smagiau. „Užrašų knygelėse“ parašyta: „Tu neįsivaizduoji, koks aš galiu būti nuobodus ir nuobodus“. Jei skaitytojas nusišypso iš šio Ilfo pokšto, autoriai gali pasveikinti save. Jei jis sako: „Štai tiek“, tada jie turėtų užjausti save.
Nagrinėjami viešojo vandens tiekimo kokybės vienetiniai parametrai, apibrėžta jų skaičiavimo metodika ir aprašyti kompleksinio vandens tiekimo kokybės indekso skaičiavimo žingsniai.
Reikšminiai žodžiai: vanduo, kokybės vienetiniai parametrai, išsamus kokybės rodiklis, skaičiavimo metodas.
Belovas Dmitrijus Borisovičius, technikos mokslų kandidatas, docentas, [apsaugotas el. paštas],Paštas. ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Masenkovas Jevgenijus Viačeslavovičius, magistras, [apsaugotas el. paštas] ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas
UDC669.017.3; 669.017.3:620.18
Aušinimo sąlygų įtaka liekamųjų įtempių lygiui ir anglies persiskirstymui austenite ir martensite grūdinant vidutinio anglies plieną
VALGYTI. Grinbergas, A.A. Aleksejevas, E. Yu. Novikova, A.A. Yarovitskaya, A.F. Galkinas
Ištirta aušinimo greičio aušinimo metu įtaka martensito liekamųjų įtempių lygiui po 40Kh, 40Kh13 ir 40N14 plienų grūdinimo. Parodyta, kad veiksniai, didinantys galimą anglies difuzijos kelią, lemia nehomogeniškesnio anglies pasiskirstymo susidarymą po gesinimo. Pagrindinis indėlis į anglies perskirstymą aušinimo aušinimo metu yra jos atskyrimas nuo austenito kristalinės gardelės defektų temperatūros intervale prieš martensitinę transformaciją.
Raktažodžiai: martensitinė transformacija, aušinimo greitis, liekamieji įtempiai, anglies persiskirstymas, difuzijos kelias, martensito skilimas.
Peršalusiame austenite per aušinimo laikotarpį iki Mn taško anglis persiskirsto austenito gardelėje adsorbuojant kristalų struktūros defektus. Atsižvelgiant į didelį anglies judrumą austenite diapazone Tz - Mn, kur Tz yra plieno kaitinimo temperatūra grūdinimui, galima daryti prielaidą, kad toks perskirstymas turėtų lemti pastebimus pradinio anglies pasiskirstymo pokyčius.
Kita vertus, martensite, kuris susidaro anglies plienuose, pastebimai išsivysto ir anglies persiskirstymo procesai. Šių procesų rezultatas priklauso nuo galimo ilgio
anglies atomų difuzijos kelias. Tuo pačiu metu anglies ir legiruotojo plieno, kuriame anglies kiekis yra mažesnis nei 0,6%, dėl to, kad Mn taškas yra santykinai aukštoje temperatūroje, martensito skilimo procesai gali žymiai išsivystyti net aušinant martensitiniame diapazone.
Šio darbo tikslas buvo ištirti aušinimo greičio įtaką gesinimo metu liekamųjų įtempių lygiui, taip pat įvertinti anglies perskirstymo per šaltame austenite ir šviežiai suformuotame martenzite indėlio vaidmenį ir santykinę vertę. vėlesnio martensito skilimo vidutinės anglies plienuose savybių ir kinetikos pokytis.
Tyrimo objektai buvo vidutinio anglies plienai 40Kh, 40Kh13 ir 40N14, kurių cheminė sudėtis pateikta lentelėje. vienas.
1 lentelė
Plieno cheminė sudėtis
Plieno klasė Elementų kiekis, % (masės)
C Cr Co Mo 81 Mn N1 Cu 8 R
40 x 0,44 0,92 - 0,30 0,71 0,30 0,30 0,035 0,035
40X13 0,40 13,0 - - 0,8 0,8 0,60 0,30 0,025 0,030
40H14 0,36 0,07 0,02 0,01 0,30 0,47 14,47 0,06 0,001 0,013
Aušinimo greitis gesinimo metu buvo keičiamas naudojant dvi skirtingas gesinimo terpes: 10% NaCl vandeninį tirpalą (toliau druska) ir mineralinę alyvą (toliau aliejus) arba jų derinius. Šildymo režimas gesinimui buvo pasirinktas atsižvelgiant į tolygų anglies pasiskirstymą austenite. Grūdinimo kaitinimo temperatūra buvo: plienui 40X - 860 °C, 40X13 - 1050 °C, 40H14 - 830 °C. Izoterminio laikymo kaitinimo temperatūroje trukmė sukietėjimui yra 20 minučių.
Mėginių metalografinė analizė atlikta optiniu mikroskopu „Obveryer.Blin“, padidinus 500 kartų. Makrokietumo matavimai buvo atlikti naudojant TK-2 prietaisą. 5 lygiagrečių matavimų serijos aritmetinis vidurkis buvo paimtas kaip IAS įvertinimas. Mikrokietumas buvo matuojamas PMT-3 prietaisu, esant 1 N apkrovai ant neišgraviruotų plonų pjūvių. Darbe sukietėjusiam paviršiniam sluoksniui pašalinti buvo naudojamas trigubas perpoliravimas su tarpiniu ėsdinimu. Matavimo rezultatu paimtas 50 matavimų vidurkis.
Liekamųjų makroįtempių lygis buvo nustatytas rentgeno spindulių difrakcijos metodu DRON-2 difraktometru, naudojant kobalto Ka spinduliuotę. Makrostresai buvo nustatyti pagal rentgeno spindulių poslinkį
211 eilutė kampe DEshch. Difrakcijos raštų registravimas atliktas žingsniniu skenavimu (žingsnis 0,1°), apdorojimas – naudojant 1VMRS taikomąją programą „Rentgeno linijos profilio analizė momentų metodu“.
Atsižvelgiant į eksperimentų metodologines ypatybes (dekarbonizuoto paviršinio sluoksnio pašalinimas, makrokietumo matavimai, mėginių paruošimas matavimams), pirmieji mikrokietumo matavimai atlikti praėjus 1,5–2 val. po atitinkamo terminio apdorojimo.
Tyrime naudojamos gesinimo terpės užtikrina aušinimo greitį, viršijantį tiriamų plienų kritinius gesinimo rodiklius. Mikrostruktūrinė analizė ir makrokietumo matavimų rezultatai patvirtina, kad martensitas yra pagrindinis visų tirtų plienų grūdintų bandinių konstrukcinis komponentas.
Ant pav. 1, a pavaizduoti liekamųjų makroįtempių lygio matavimų rezultatai (o), o 1 pav. b - tiriamų plienų bandinių mikrokietumas (HH) po grūdinimo įvairiose terpėse. Sumažėjus aušinimo greičiui gesinant alyva (palyginti su gesinimu druska), pailgėja peršalusio austenito egzistavimo laikas ir šviežiai susidariusio martensito savaiminio grūdinimosi trukmė. Tai prisideda prie anglies perskirstymo užbaigtumo tiek peršaltame austenite, tiek susidariusiame martenzite, dėl ko žymiai sumažėja visų tirtų plienų liekamųjų įtempių lygis ir mikrokietumas.
■ Druskos kietėjimas
■ Aliejaus grūdinimas
■ Solp kietėjimas
Aliejaus grūdinimas
Ryžiai. 1. Grūdinto plieno liekamųjų makroįtempių (a) ir mikrokietumo (b) lygis
Didelis chromo kiekis, mažinantis anglies difuzinį judrumą, pliene 40Kh13 lemia minimalų (tiriamiems plienams) anglies persiskirstymo laipsnį (nepaisant
žymiai aukštesnė kaitinimo temperatūra kietėjimui). Dėl to plienui 40X13 didžiausias liekamųjų įtempių lygis gesinant abiejose terpėse ir minimalus liekamųjų įtempių dydžio skirtumas Do = os - om, susijęs su greičio sumažėjimu.
kietėjantis aušinimas.
Plieno 40N14, kuriame yra daug nikelio, kuris padidina anglies difuzijos mobilumą, atveju pastebimas priešingas vaizdas. Liekamųjų įtempių vertė grūdintuose šio plieno bandiniuose (ašyje) yra minimali kiekvienai aušinimo terpei, o Do vertė yra didžiausia. Plienui 40Kh stebimos tarpinės šių parametrų vertės.
Likutinių įtempių lygis šviežiai atšaldytuose vidutinio anglies plieno mėginiuose nustatomas tiek pagal kieto anglies tirpalo bcc geležyje (martensito) perpildymo laipsnį, tiek pagal anglies pasiskirstymo tolygumą. Tyrimams naudojamų mėginių matmenys ir forma leidžia nepaisyti šiluminių įtempių, susijusių su netolygiu aušinimu, indėlio per mėginio skerspjūvį. Vadinasi, liekamųjų makroįtempių lygių skirtumai dėl skirtingų aušinimo greičių gesinimo metu gali būti siejami su skirtingu anglies persiskirstymo laipsniu tiek peraušintame austenite (aušinimo procese iki martensito virsmo pradžios taško) ir susidarantį martensitą, kai jis atšaldomas iki kambario temperatūros ir palaikomas šioje temperatūroje prieš matavimus.
1d galimo anglies atomų difuzijos kelio įvertinimas, atliktas naudojant Cr ir N1 įtakos anglies difuzijos parametrams darbų duomenis, parodė taip. Plienui 40Kh13 austenite aušinimo metu aušinimo metu nuo kaitinimo temperatūros kietėjimui iki taško Mn/dv yra 1,5 karto mažesnis nei plieno 40Kh ir 3,5 karto mažesnis nei plieno 40N14. Atvėsus nuo Mn taško iki kambario temperatūros (t. y. martensite), /d plienams 40Kh ir 40N14 yra maždaug vienodos vertės, kurios yra du kartus didesnės nei tokios pačios vertės plienui 40Kh13. Tai gerai sutampa su aukščiau pateiktais rezultatais, kalbant apie liekamųjų įtempių lygį ir mikrokietumą.
Taigi, aušinant nepertraukiamo gesinimo metu, nepaisant trumpos trukmės, pastebimas anglies persiskirstymas tiek austenite, tiek naujai suformuotame martenzite. Kadangi šis perskirstymas yra difuzinio pobūdžio, veiksniai, prisidedantys prie galimo anglies atomų difuzijos kelio padidėjimo geležies γ ir α modifikacijose, turėtų lemti šio persiskirstymo išsamumo padidėjimą, t.y. į anglies pasiskirstymo grūdintame pliene nehomogeniškumo laipsnio padidėjimą.
Taigi, kietėjimo aušinimo ir legiravimo karbidą formuojančiais elementais greitis, kai kiti dalykai yra vienodi, prisideda prie tolygesnio, taigi ir termodinamiškai mažiau stabilaus anglies pasiskirstymo martensite.
Norėdami atsakyti į klausimą, kokia dalis įnašų į bendrą anglies perskirstymą aušinimo metu austenitiniu ir martensitiniu intervalais, mes panaudojome 40Kh plieno mėginių gesinimą dviejose terpėse. Gesinimas buvo vykdomas ir per aliejų druskoje, ir per druską aliejuje. Keičiant gesinimo terpės seką, aušinimo metu skiriasi atitinkamų temperatūros intervalų praėjimo greitis. Kaip valdymo režimai buvo vykdomas nuolatinis gesinimas aliejuje ir druskoje.
Kai naudojamas gesinimas dviejose terpėse, buvimo laiko pirmojoje terpėje pasirinkimas pagal eksperimento tikslą turėtų užtikrinti, kad būtų pasiekta temperatūra Mn, po kurios mėginys kuo greičiau perkeliamas į antrąją aušinimo terpę. Šiuo atžvilgiu buvo atliktas išankstinis kiekvienos gesinimo terpės laikymo trukmės, reikalingos norint pasiekti temperatūrą Mn, įvertinimas naudojant kelis skaičiavimo modelius. Mėginių aušinimo laikas nuo 860 °C iki Mn taško pagal prancūzišką formulę buvo 5,7 s aliejui ir 1,7 s druskai. Skaičiavimai, atlikti naudojant darbuose pateiktus duomenis, alyvai davė 4,1 s, o druskai – 0,8 s.
Atsižvelgiant į skaičiavimų rezultatų skirtumus, didelius aušinimo laipsnius ir, atitinkamai, siaurą buvimo laiko pirmojoje gesinimo terpėje svyravimo diapazoną, mėginio poveikį orui jį perkeliant iš vienos gesinimo terpės į kitą, ir kitus veiksnius, buvo nuspręsta taikyti tokią eksperimentinę schemą (2 pav.).
1 val. ^ val. 1 h 1 N X | 4 X / N. / | x X 1 1 h ^ ^^ ■ 4 h - s () l 1 sLtssl \ 1 h ^ H. > h x h 4, h. h h
1 h 6 druska 2 s. aliejus % p ^ 7 s1>l£ 3 s. maelo ^ 3 aliejus VI, 2 chol pCg s. druska ¡.ges^k^b s. druskos
8 1 ^ X druska + IX aliejus
2 pav. Grūdinimo dviejose aplinkose eksperimento schema
Įdiegti vėsinimo režimai, kuriuose perkėlimas iš pirmosios aušinimo terpės į antrą buvo vykdomas esant temperatūrai: virš Mn taško (4 ir 5 režimai 2 pav.); arti Mn taško (3 ir 6 režimai); žemiau Mn taško (2 ir 7 režimai). Be to, kaip minėta aukščiau, palyginimui buvo naudojamas nuolatinis gesinimas aliejuje (1 režimas) ir druska (8 režimas).
Makrokietumo matavimų po terminio apdorojimo pagal nurodytus režimus rezultatai pateikti lentelėje. 2.
2 lentelė
Grūdinto plieno 40X kietumo matavimo rezultatai
HRC režimas HRC režimas
Kaip pažymėta darbuose, makrokietumo verčių skirtumas gesinant įvairiose terpėse neleidžia daryti vienareikšmiškų išvadų. Priešingai nei makrokietumas, mikrokietumo pokytis tomis pačiomis sąlygomis rodo reikšmingesnius skirtumus, priklausomai nuo naudojamų aušinimo režimų (3 pav.).
12345678 Aušinimo režimas
3 pav. Aušinimo režimo grūdinimo metu įtaka plieno mikrokietumui 40Kh
Kaip ir tikėtasi, nuolatinis gesinimas aliejuje (1 režimas) užtikrina maksimalų mėginių buvimo laiką abiejose dominančiose temperatūros intervaluose („Tz – Mn“ ir „Mn-20“).
°C“), kuris užtikrina didžiausią anglies persiskirstymo išsamumą ir dėl to minimalias mikrokietumo vertes. Priešingai, nuolatinis gesinimas druskoje (8 režimas) suteikia didžiausią (naudojamą) greitį per šiuos temperatūros intervalus ir atitinkamai minimalų anglies persiskirstymo laipsnį bei didžiausią mikrokietumą.
Aušinant pagal 2, 3 ir 4 režimus, kai aušinimas alyvoje baigiasi netoli Mn taško, o martensitinis intervalas praeina daug didesniu greičiu, mikrokietumas didėja (palyginti su nuolatiniu gesinimu aliejuje), daugiausia dėl šviežiai susidariusio martensito srauto savaiminio grūdinimo užbaigtumo sumažėjimas transformacijos metu (arba vėliau prieš matavimus laikant kambario temperatūroje).
Žymiai didesni skirtumai pastebimi, kai NaCl tirpalas naudojamas kaip pirmoji gesinimo terpė. 1 s veikimas druskoje (5 režimas) akivaizdžiai nesumažina sukietėjusio mėginio temperatūros prieš jį perkeliant į aliejų. Dėl to jo mikrokietumas yra tarpinis tarp nuolatinio gesinimo aliejuje ir gesinimo pagal 2, 3, 4 režimus. Padidinus buvimo druskoje laiką iki 2 s (6 režimas), labai sutrumpėja anglies persiskirstymo trukmė. peraušintame austenite išlaikant minimalų praėjimo per martensitinį intervalą greitį. Dėl to žymiai padidėja kietumas, palyginti su aliejumi. Druskos poveikis 3 s (7 režimas), matyt, užtikrina didžiausią aušinimą tiek peršalusio austenito egzistavimo diapazone, tiek dalyje intervalo "Mn - 20 ° C". Dėl to bandinių, gesinamų pagal šį režimą, mikrokietumo reikšmė yra beveik tokia pati, kaip ir nepertraukiamo gesinimo druskoje atveju.
Taigi, aušinimo greičio sumažėjimas nuolatinio kietėjimo metu padidina anglies perskirstymo užbaigtumą ir su tuo susijusį mikrokietumo sumažėjimą, visų pirma dėl to, kad pailgėja peršalusio austenito egzistavimo laikas. Įnašas į bendrą anglies perskirstymo poveikį aušinimo intervale nuo Mn taško iki kambario temperatūros yra daug mažesnis.
1. Likutinių makroįtempių lygio skirtumą, atsirandantį dėl skirtingų aušinimo greičių grūdinant vidutinio anglies plienus, lemia anglies persiskirstymo laipsnis tiek peraušintame austenite (aušinimo metu iki martensito virsmo pradžios taško) susidaręs martensitas, kai jis atšaldomas iki kambario temperatūros ir palaikomas tokioje temperatūroje prieš pradedant matavimą.
2. Anglies persiskirstymo laipsnį daugiausia lemia buvimo trukmė temperatūros intervale prieš martensitinę transformaciją, tai yra austenito fazėje. Anglies perskirstymo procesų indėlis martensite yra daug mažesnis. Taigi skirtinga grūdinto plieno martensito būsena, susijusi su kietėjimo aušinimo greičių skirtumais, yra dėl to, kad tikroji martensitinė transformacija tame pačiame pliene prasideda nuo kitokio pradinio anglies pasiskirstymo peraušintame austenite. .
Tyrimą finansiškai parėmė Rusijos fundamentinių tyrimų fondas ir Tulos regiono administracija pagal mokslinį projektą Nr. 15-4803237 „r_center_a.
Bibliografija
1. Smirnovas M.A., Schastlivcevas V.M., Žuravlevas L.G. Plieno terminio apdorojimo pagrindai. Jekaterinburgas: Rusijos mokslų akademijos Uralo skyrius, 1999. 495 p.
2. Krishtal M.A. Difuzijos procesai geležies lydiniuose. M.: Nauka, 1963. 278 p.
3. Bokšteinas B.S. Difuzija metaluose. Maskva: Metalurgija, 1978. 248
4. Liuty V. Gesinimo priemonės: žinynas, / red. Maslenkova S.B.; per. nuo grindų Čeliabinskas: Metalurgija, 1990. 192 p.
5. Grinberg E.M., Kondaurova E.Yu. Aušinimo greičio įtaka grūdinimo metu plieno struktūrai ir fizikinėms bei mechaninėms savybėms Izvestija TulGU. Ser. Medžiagų mokslas. 2000. Laida. 1. S. 156–160.
6. Grinberg E.M., Varyuk T.S. Aušinimo greičio įtaka grūdinimo metu plieno struktūrai ir kietumui Izvestiya TulGU. Ser. Medžiagų mokslas. 2003. 4 laida. 143-148 p.
7. Aušinimo greičio įtaka kietėjimo metu plienų liekamųjų įtempių lygiui / E.M. Grinbergas, S.S. Gončarovas, E. Yu. Kondaurova, E.S. Zharikova // TulGU naujienos. Ser. Medžiagų mokslas. 2006. 6 laida. 6-16 psl.
8. Karbidą ir nekarbidą formuojančių legiruojamųjų elementų įtaka metastabilių struktūrų transformacijai grūdinant vidutinio anglies plienus / E.M. Grinbergas, S.S. Gončarovas, E. Yu. Kondaurova, T.A. Kuzina // TulGU naujienos. Ser. Medžiagų mokslas. 2006. Laida. 6. S. 33 - 42.
Grinbergas Jevgenijus Markusovičius, mokslų daktaras. Mokslai, prof., emgrinhergamail.ru, Rusija, Tula, Tulos valstybinis universitetas,
Aleksejevas Antonas Anatoljevičius, mokslų daktaras, ant.suvorovamail.ru, Rusija, Tula, Tulos valstybinis universitetas,
Novikova Elena Jurievna, dr. tech. mokslai, doc. [apsaugotas el. paštas],mail.ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Yarovitskaya Alina Aleksandrovna, studentė, [apsaugotas el. paštas] ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Galkinas Andrejus Fedorovičius, studentas, [apsaugotas el. paštas], Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas
VĖSIMO SĄLYGŲ POVEIKIS LIKUČIŲJŲ ĮTEMPIMŲ LYGIUI IR ANGLIES PASKIRSTYMUI AUSTENITE IR MARTENSITE KIETINTI VIDUTINIO ANGLIES PLIENO
E.M. Grinbergas, A.A. Aleksejevas, E. Y. Novikova, A.A. Yarovitskaya, A.F. Galkinas
Ištirtas aušinimo greičio įtaka grūdinimui martensito liekamųjų įtempių lygiui po grūdinimo plienų 40X, 40X13 ir 40H14. Įrodyta, kad veiksniai, prisidedantys prie galimo anglies difuzijos kelio padidėjimo, lemiančio nehomogeniškesnių plienų susidarymą. anglies pasiskirstymas po sukietėjimo. Vyraujantis indėlis į anglies persiskirstymą sukietėjusio aušinimo metu sukelia jos atskyrimą esant kristalinės gardelės defektams austenite, kurio temperatūra yra aukštesnė už martensitinės transformacijos temperatūrą.
Raktažodžiai: martensitinė transformacija, aušinimo greitis, liekamieji įtempiai, anglies persiskirstymas, difuzijos kelias, martensito skilimas.
Grinbergas Jevgenijus Markusovičius, technikos mokslų kandidatas, docentas, [apsaugotas el. paštas],mail.ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Aleksejevas Antonas Anatolevičius, magistras, [apsaugotas el. paštas], Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Novikova Elena Jurievna, technikos mokslų kandidatė, docentė, [apsaugotas el. paštas], Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Jarovitskaja Alina Aleksandrovna, studentė, [apsaugotas el. paštas],mail.ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas,
Galkin Andrejus Fedorovičius, studentas, anfgalkinamail. ru, Rusija, Tula, Tula valstybinis universitetas
Ryžiai. 9. Ketrakampė kristalinė ląstelė
Esant dideliam peršalimo laipsniui, padidėja austenito termodinaminis nestabilumas, o anglies difuzijos greitis smarkiai sumažėja. Tokiu atveju įvyksta bedifuzinė austenito transformacija: fcc austenito gardelė šlyties būdu persitvarko į bcc austenitą, kuriame geležies atomai juda į mažesnius atstumus nei tarpatominiai. Visa anksčiau austenito gardelėje ištirpusi anglis lieka ferito gardelėje, nepaisant to, kad pusiausvyrinė anglies koncentracija ferite kambario temperatūroje neviršija 0,01 %. Dėl to susidaro persotintas kietas anglies interkalacijos tirpalas α-geležyje, kuris vadinamas martensitu. Anglies kiekis martensito gardelėje yra daug didesnis nei pusiausvyros būsenoje, todėl ji stipriai iškraipoma ir įgauna keturkampę, o ne kubinę formą. Martensito gardelės periodų santykis, t.y. tetragonalumo laipsnis labai skiriasi nuo vieneto (c/a > 1). Kuo daugiau anglies, tuo didesnis martensito tetragonalumo laipsnis (9 pav.).
Martensitas turi didelį kietumą (iki 65 HRC). Didelis martensito kietumas pirmiausia yra susijęs su kristalinės gardelės iškraipymais ir, atitinkamai, dėl didelių vidinių įtempių, nulemtų ištirpusios anglies. Ir, antra, fazinis sukietėjimas dėl tūrio padidėjimo austenitui paverčiant martensitą (fcc gardelės tankio tankis yra didesnis nei bcc), dėl kurio martensito dislokacijos tankis pasiekia šaltai apdirbto plieno dislokacijos tankis ir lygus 10 10 –10 12 cm -2 .
Martensito kristalų susidarymo greitis yra labai didelis ir siekia 1000 m/s. Vykstant γ→α persitvarkymui, geležies atomai slenka tvarkingai, griežtai apibrėžtomis kristalografinėmis kryptimis. Be to, išsaugoma bendra γ ir α Fe gardelių poravimosi plokštuma, t.y. riba tarp fazių yra nuosekli. Todėl naujos martensito fazės kristalinė gardelė taip pat yra reguliariai orientuota į pradinę fazę - austenitą, palyginti su savimi. Vėlesnės martensito adatos formuojamos 60°, 120° arba 180° kampu prieš ankstesnes ir yra ribojamos jų dydžio. Proceso kryptis ir specifinių fazių (austenito ir martensito) tūrių skirtumas lemia tai, kad austenitas patenka į uždaras sritis tarp martensito adatų, patiria gniuždymo įtempius, kniedija ir stabilizuojasi. Taigi pliene visada išlaikomas tam tikras kiekis netransformuoto, „likutinio austenito“, o martensitinės transformacijos (Mc) pabaiga laikoma sąlygine. Martensitinė transformacija yra labai jautri įtempiams, o austenito deformacija gali sukelti transformacijas net esant aukštesnei nei Mn temperatūrai (susidaro deformacinis martensitas).
Martensitas dažniausiai susidaro termiškai, t.y. su nuolatiniu aušinimu. Aušinimo delsimas aukštesnėje nei martensitinės transformacijos pabaigos temperatūra lemia austenito stabilizavimą, o vėliau aušinant jo transformacija yra sudėtinga ir vyksta mažiau intensyviai ir mažiau. Tokiu atveju padidėja likutinio austenito kiekis, o tai nepageidautina, nes dėl to pjūvio savybės yra nehomogeniškos ir keičiasi dalių matmenys.
Taškų Мн ir Мк padėtis nepriklauso nuo aušinimo greičio, o priklauso nuo anglies kiekio pliene (10 pav.). Jei anglies kiekis pliene viršija 0,6%, tada Mk yra neigiamos temperatūros srityje. Tokiu atveju, norint gauti maksimalų martensito kiekį, atvėsinus vandenyje iki kambario temperatūros, taip pat būtina atlikti šaltą apdorojimą.
Priklausomai nuo lydinio sudėties ir, atitinkamai, nuo susidarymo temperatūros, kristalai gali turėti skirtingą morfologiją. Yra dviejų tipų martensitas: sluoksninis (akikulinis) ir paketinis (stelažinis) (11 pav.). Lamelinis martensitas susidaro iš didelio anglies plieno, kurio Mn ir Mk vertės yra mažos. Patys martensito kristalai šiuo atveju yra lęšinės plokštelės, kurios pjūvio plokštumoje turi adatų formą. Paketinis (stelažinis) martensitas būdingas mažai ir vidutiniam anglies kiekiui, taip pat konstrukciniam legiruotojui plienui. Šiuo atveju martensito kristalai yra plonų juostų pavidalo, pailgintų viena kryptimi (11b pav.) ir sujungtų į paketus.
Ryžiai. 10. Anglies kiekio pliene įtaka martensitinės transformacijos pradžios Mn ir pabaigos Mk temperatūrai
Ryžiai. 11. Sluoksninio (aštuolio) (a) ir paketinio (lentinio) (b) martensito susidarymo schema
Bet kokios martensito morfologijos kristalų dydžius lemia pradinio austenito grūdelio dydis. Jie yra didesni, tuo didesni austenito grūdeliai. Pirmosios martensito plokštės ilgis atitinka skersinį austenito grūdelių dydį. Žemesnėje temperatūroje susidarę kristalai yra trumpesnio ilgio (11a pav.).
Taigi martensitinės transformacijos ypatybės yra jos nedifuzinis pobūdis, proceso orientacija, o plienams taip pat aterminė martersito susidarymo kinetika.
Būdingas martensito bruožas yra didelis jo kietumas ir stiprumas, kurių vertės didėja didėjant anglies kiekiui martensite. Mažai anglies turinčio martensito (0,025 % C) tempiamasis stipris yra 1000 MPa, o martensitas, kurio kiekis 0,6–0,7 % C, – 2600–2700 MPa. Tačiau didėjant anglies kiekiui martensite, didėja ir jo polinkis į trapumą. Martensitas, kuriame yra daugiau nei 0,35–0,4 % C, turi mažą atsparumą įtrūkimų atsiradimui ir plitimui, taip pat mažą atsparumą plyšimui KIс.
Specifinio tūrio padidėjimas susidarant martensitui yra viena iš pagrindinių priežasčių, dėl kurių kietėjimo metu atsiranda didelių vidinių įtempių, dėl kurių gaminiai deformuojasi ir deformuojasi, taip pat atsiranda kietėjančių įtrūkimų.
Tarpinė (bainitinė) austenito transformacija vyksta mišriu mechanizmu ir turi difuzinių perlitinių ir nedifuzinių martensitinių virsmų kinetikos ypatybes. Bainitinės transformacijos tyrimas šioje programoje neapimamas.
Austenito transformacija nuolatinio aušinimo metu.
Nepertraukiamo aušinimo poveikį austenito virsmui galima atsekti aušinimo kreives uždedant ant austenito izoterminio skilimo diagramos (12 pav.). Įvertinus šias priklausomybes, matyti, kad didėjant aušinimo greičiui, didėja austenito peršalimo laipsnis ir atitinkamai didėja ferito-cementito struktūros dispersija.
Galima daryti prielaidą, kad esant mažam aušinimo greičiui v1 susidaro perlito struktūra, esant didesniam aušinimo greičiui v2 – sorbitinė, o esant dar didesniam – troostitinė struktūra. Bainitinė struktūra paprastai nesusidaro nuolat aušinant anglinį plieną. Esant labai dideliam aušinimo greičiui (vR, v5), visas austenitas peršaldomas iki Mn taško ir virsta martensitu. Mažiausias aušinimo greitis, kuriam esant visas iki Mn peraušintas austenitas virsta martensitu, vadinamas kritiniu gesinimo greičiu (vR). Tarpinis aušinimo greitis v4 atitinka troostito + martensito struktūros susidarymą. Pirmosios C formos kreivės susikirtimo vietoje austenitas pradeda irti į troostitą, bet nesibaigia, nes. aušinimo kreivė nekerta antrosios C kreivės. Likusi austenito dalis patiria martensitinę transformaciją žemiau Mn.
Ryžiai. 12. Aušinimo kreivių perdengimas izoterminio skilimo diagramoje.
Šventinės transformacijos.
Nepusiausvyros gesinimo struktūros, martensito ir austenito likučiai, linkę pereiti į stabilesnę būseną. Šis perėjimas atliekamas difuzijos būdu. Todėl kuo aukštesnė grūdinimo temperatūra, tuo intensyviau vyksta nepusiausvyrinių struktūrų irimo procesai. Martensito skilimas vyksta keliais etapais. Kaitinant iki 2000C, tik prasideda anglies difuzija iš persotintų martensito gardelių ir išilgai kelių atominių sluoksnių storio martensito kristalų ribos susidaro ε-karbidai (FexС), kurie optiniu mikroskopu nediferencijuojami. Mažėja martensito gardelės tetragonalumo laipsnis ir liekamosios įtampos. Ši struktūra vadinama grūdintu martensitu.
Kaitinant iki 350 0 С, anglies difuzija vyksta intensyviau, ε - karbidas prideda trūkstamos anglies ir virsta cementitu (Fe3С). Tuo pačiu metu likęs austenitas virsta grūdintu martensitu ir, kaip ir sukietėjęs martensitas, suyra į ferito-cementito mišinį. Kaitinant iki 450 0 C, cementitas sferoidizuojasi ir baigiasi anglies pertekliaus difuzija. Susidaro struktūra, susidedanti iš ferito ir smulkiai dispersinio cementito, vadinamo grūdinamuoju troostitu.
13 pav. Diagrama, rodanti grūdinimo gylio įtaką grūdinto ir grūdinto plieno mechaninėms savybėms.
Kaitinant virš 4500C (iki 6500C), pasikeičia fazių morfologija. Pasirodo ferito ir cementito grūdelių šiurkštėjimas ir papildoma karbido inkliuzų sferoidizacija. Šių procesų varomoji jėga yra sistemos laisvosios energijos sumažėjimas dėl paviršiaus energijos sumažėjimo, tokia struktūra vadinama grūdinimo sorbitoliu.
Vienodo kietumo granuliuotos struktūros ferito-cementito mišiniai turi didesnes takumo ribos, santykinio pailgėjimo ir smūginio stiprio koeficiento vertes (13 pav.) nei sluoksninės struktūros, gautos po grūdinimo ar atkaitinimo. Smūgio stiprumas didėja didėjant grūdinimo temperatūrai, tačiau yra du grūdinimo temperatūros diapazonai. Kuriuose pastebimai sumažėja smūgio stipris: 250-3500C ir 550-6000C. Smūgio stiprio koeficiento sumažėjimas esant nurodytoms grūdinimo temperatūroms vadinamas I ir II tipo grūdinimo trapumu (žr. 14 pav.).
14 pav. Grūdinimo temperatūros ir aušinimo greičio įtaka konstrukcinių plienų atsparumui smūgiams (1-greitasis aušinimas, 2-lėtas aušinimas).
Pirmosios rūšies (negrįžtamo) grūdinimo trapumas nepašalinamas pakartotiniu grūdinimu, todėl grūdinimo jo pasireiškimo temperatūroje reikėtų vengti. Pirmojo tipo grūdinimo trapumas pastebimas visuose konstrukciniuose plienuose, nepriklausomai nuo legiravimo laipsnio.
Pirmosios rūšies nuotaikos trapumo pobūdis nėra pakankamai aiškus. Galimos priežastys gali būti: klampaus austenito komponento praradimas (A→Mom), sluoksniuotų cementito intarpų buvimas, netolygus martensito skilimas.
II tipo temperamentinis trapumas (grįžtamas) stebimas legiruotojo plieno lėto aušinimo metu. Jo priežastimi laikomas legiruojančių elementų išsklaidytų fazių atsiskyrimas palei α-fazės ribas ir fosforo difuzija iki grūdelių ribų. II tipo grūdinimo trapumo galima išvengti pagreitinus aušinimą aliejuje arba vandenyje po grūdinimo. Alternatyvus būdas yra mikrolydinimas molibdenu arba volframu, kurie suriša legiravimo elementus ir neleidžia jiems trapiomis dalelėmis ištrūkti išilgai grūdelių ribų.
Terminio apdorojimo praktika.
Daugumos rūšių plieno grūdinimo kaitinimo temperatūra nustatoma pagal kritinių taškų A1 ir A3 padėtį. Anglies hipoeutektoidiniai plienai kaitinami 30-50 0C virš Ac3, toks grūdinimas vadinamas visišku. Anglinis plienas, kuriame anglies kiekis didesnis nei 0,8 %, yra nebaigtas grūdinimas, t.y. kaitinama 30-50 0C virš Ac1 (detaliau žr. laboratorinio darbo „Plienų grūdinimas“ nurodymus). Hipereutektoidiniai plienai nėra grūdinti iš pusiausvyros būsenos, juos reikia iš anksto termiškai apdoroti: bent jau normalizuoti, kad būtų pašalintas masinis antrinio cementito tinklas, arba sferoidinis atkaitinimas, kad susidarytų granuliuoti karbidai.
Bendra kaitinimo kietėjimui trukmė yra kaitinimo laiko suma, kuri priklauso nuo gaminių formos ir dydžio bei laiko, reikalingo fazinėms transformacijoms užbaigti. Sudėtingos formos ir didelio skerspjūvio detalėms, siekiant išvengti deformacijų, rekomenduojamas laipsniškas kaitinimas. Aušinimas didesniu nei kritiniu greičiu užtikrinamas naudojant specialius aušinimo skysčius: vandenį, aliejus, vandeninius druskų tirpalus, šarmus.
Plieno kietumas – plieno gebėjimas padidinti kietumą dėl grūdinimo, daugiausia priklauso nuo anglies kiekio pliene. Kuo daugiau anglies martensite, tuo didesnis jo kietumas.
Grūdinimas – plieno gebėjimas įgyti grūdinto sluoksnio struktūrą iki tam tikro gylio. Kietėjimą lemia kritinis aušinimo greitis. Kuo mažesnis kritinis gesinimo greitis, tuo didesnis plieno kietumas. Jei tikrasis aušinimo greitis gaminio šerdyje yra mažesnis už kritinį gesinimo greitį, tada šerdyje įvyks difuzinis austenito skilimas į ferito ir karbido mišinį, turintį lamelės struktūrą, o kietėjimas nebus baigtas. Sukietėjusios zonos gylis imamas kaip atstumas nuo paviršiaus gylyje iki struktūrinio sluoksnio, kuriame yra ne mažiau kaip 50 % martensito.
Plieno grūdinimo būdai.
Grūdinant gaminius, dėl vidinių įtempimų kyla deformacijų ir įtrūkimų rizika. Kietėjimo įtempių vertę lemia gaminių forma ir anglies kiekis pliene. Kuo didesnis detalės pjūvių skirtumas, tuo didesni vidiniai įtempiai atsiranda joje aušinant. Kuo didesnis anglies kiekis pliene, tuo didesni tūriniai pokyčiai fazės transformacijos metu ir kuo žemesnis martensitinės transformacijos temperatūrų diapazonas, tuo atidžiau turėtumėte pasirinkti aušinimo sąlygas gesinimo metu.
Ryžiai. 15. Įvairių grūdinimo būdų aušinimo kreivės.
Gesinimas viename aušintuve (kreivė V1) yra paprasčiausias ir plačiausiai naudojamas gesinimo būdas, tačiau jis taikomas tik paprastos formos gaminiams.
Grūdinimas dviejose aplinkose (kreivė V2) dažniausiai naudojamas įrankiams, pagamintiems iš didelio anglies plieno. Pirmasis aušinimas atliekamas vandenyje, o vėliau dalis perkeliama į alyvą, o martensitinės transformacijos diapazone dalis vėsinama lėčiau, o tai padeda sumažinti vidinius įtempius.
Izoterminis kietėjimas (kreivė V3) reiškia izoterminį austenito skilimą esant šiek tiek aukštesnei nei Mn temperatūrai. Tokiu atveju susidaro apatinio bainito struktūra, kuri, esant pakankamam stiprumui, padidina klampumą.
Laipsniškas grūdinimas (kreivė V4) apima aušinimą ir laikymą aplinkoje, kurios temperatūra šiek tiek aukštesnė už Mn. Šiuo metu detalė visuose sekcijos taškuose įgauna kietėjimo vonios temperatūrą, t.y. mažėja temperatūros gradientas per gaminio skerspjūvį. Po to seka galutinis lėtas aušinimas, kurio metu austenitas virsta martensitu. Šis grūdinimo būdas sumažina vidinius įtempius, padidina grūdinimą ir sumažina kietėjimo deformacijų tikimybę.
Kietinimas karštoje terpėje (V5) apima tikslų gaminio matmenų (pavyzdžiui, sriegio žingsnio) išsaugojimą, kuris pasiekiamas gaminius laikant žemesnėje nei Mn temperatūroje. Tokiu atveju austenitas dalinai stabilizuojamas ir po galutinio aušinimo jo kiekis padidėja lyginant su nuolatiniu aušinimu.
Legiruotojo plieno terminio apdorojimo ypatybės.
LE grupės Ni - Mn, Co, C, N sumažina kritinius taškus Ac1 ir Ac3.
LE grupės Cr - Cr, W, V, Mo, Ti, Nb, Zr padidina šiuos kritinius taškus.
Todėl legiruotojo plieno kaitinimo temperatūros terminiam apdorojimui pateikiamos tik žinynuose!
LE įtaka austenito skilimo kinetikai.
Austenito skilimo kinetika lemia plieno elgesį terminio apdorojimo metu. Legiravimo elementai sulėtina difuzinį austenito skilimą ir lėtina bedifuzinę transformaciją.
Elementai, kurie tirpsta ferite ar cementite ir nesudaro specialių karbidų, išskyrus Co, turi tik kiekybinį poveikį virsmo procesams (Ni, Si, Cu, Al, Mn), t.y. perkelkite S formos kreives į dešinę išilgai laiko skalės. Dėl to mažėja kritinis kietėjimo greitis, mažėja šiluminiai įtempiai, didėja plienų kietumas. Ypač stipriai vėluoja difuzinis austenito Mo, Cr, Mn skilimas. Karbidą sudarantys (išskyrus Mn) elementai, be kiekybinio poveikio, turi ir kokybinį poveikį. Jie atskiria perlito ir bainito transformacijas T skalėje, keičia S formos kreivių formą. Pavyzdžiui, nerūdijančiame pliene, kuriame yra 14% Cr, tarpinės transformacijos visiškai nėra (16 pav.), o kompleksiškai legiruotame 0,3% C su Cr, W arba Mo, Ni ar Mn perlito virsmo nėra. Labai legiruoto įrankių plieno 0,9% C, turinčio Cr, W ir V, S formos kreivės atrodo kaip 17 pav.
16 pav. Peršalusio austenito izoterminės transformacijos diagrama, skirta didelio chromo korozijai atspariems plienams.
17 pav. Peršalusio austenito izoterminės transformacijos diagrama labai legiruoto įrankių plieno atveju.
Legiravimo elementai neturi įtakos martensitinės transformacijos kinetikai. Jų įtaka įtakoja martensitinės transformacijos temperatūrų diapazono padėtį.
Si – nekeičia M transformacijos pradžios ir pabaigos temperatūros.
Al ir Co padidina martensito virsmo pradžios temperatūrą ir taip prisideda prie likusio austenito kiekio sumažėjimo.
Visi kiti LE perkelia martensitinį diapazoną į neigiamą temperatūrą ir padidina likusio austenito kiekį.
Praktikoje Mn nustatyti naudojama ši skaičiavimo formulė:
Mn \u003d 560 -320 (% С) - 50 (% Mn) - 30 (% Cr) -20 (% Ni + Mo).
Pavyzdžiui, plieno Hatfield G13: Mn \u003d 560 -320-50 * 13 \u003d -4100С.
Todėl po sukietėjimo austenitinė būsena fiksuojama. Toks austenitas pasižymi įdomiomis savybėmis – yra minkštas, bet gali susmulkinti akmenis, nes. smūgio metu susidaro deformacinis martensitas.
Priklausomai nuo martensitinio intervalo padėties ir legiruotų plienų S formos kreivių, galimi trys transformacijų variantai aušinant ore po kaitinimo grūdinimui (18 pav.)
Ryžiai. 18. Peršalusio austenito izoterminės transformacijos legiruotiems plienams schemos ir nubrėžtos aušinimo ore kreivės.
Legiruotasis plienas normalizuotas yra skirstomas į 3 klases:
- Perlitinis (18.c pav.)
- Martenzitinis (18.b pav.)
- Austenitinis (18.a pav.)
Reikėtų pažymėti, kad ši klasifikacija yra gana sąlyginė ir taikoma mažų dydžių pavyzdžiams.
VI. 6 modulis
Specialūs plienai. kompozicinės medžiagos. Polimerinės medžiagos
