Аустенитът е какво?

Топлинната обработка на стоманата е мощен механизъм на влияние върху нейната структура и свойства. Тя се основава на модификации кристални решетки

дефиниция

Стоманата е сплав от желязо и въглерод, в която въглеродното съдържание е теоретично до 2.14%, но технологично не съдържа повече от 1.3%. Съответно всички структури, образувани в него под въздействието на външни влияния, също са сортове сплави.

Теорията представя тяхното съществуване в четири варианта: твърдо решение за проникване, твърдо решение за изключване, механична зърнена смес или химическо съединение.

Аустенитът е твърд разтвор на проникването на въглероден атом в лицевата центрирана кубична кристална решетка от желязо, наричана гама-. Въглеродният атом се въвежда в кухината гама - железни решетки. Размерите му надвишават съответните пори между атомите Fe, което обяснява ограниченията на тяхното преминаване през "стените" на основната структура. Той се образува при процесите на температурни трансформации на ферит и перлит, когато топлината се повишава над 727 ° С.

Диаграма на желязо-въглеродни сплави

Графиката, наречена железо-циментитна държавна диаграма, конструирана по експеримент, е визуална демонстрация на всички възможни варианти на трансформация в стомани и чугуни. Специфичните температурни стойности за определено количество въглерод в сплавта формират критични точки, при които възникват важни структурни промени в процесите на отопление или охлаждане, но също така формират критични линии.

GSE линия, която съдържа точки Ac₃ и Ac_m, Показва нивото на въглеродна разтворимост с нарастващо ниво на топлина.

Характеристики на образованието

Аустенитът е структура, която се формира по време на нагряването на стоманата. Когато достигне критичната температура, перлитът и феритът образуват неразделна част.

Опции за отопление:

1. Еднообразни, до желаната стойност, кратко излагане, охлаждане. В зависимост от характеристиките на сплавта, аустенитът може да бъде напълно оформен или частично образуван.
2. Бавно покачване на температурата, дълъг период на поддържане на постигнатото ниво на топлина, за да се получи чист аустенит.

Свойствата на получения топлинен материал, както и този, който ще се осъществи в резултат на охлаждане. Много зависи от постигнатото ниво на топлина. Важно е да не се прегрява или да се разделя.

Микроструктура и свойства

Всяка от фазите, характеризиращи желязо-въглеродните сплави, се характеризира с правилната структура на решетките и зърната. Структурата на аустенита е подобна на плоча, имаща фигури, близки до иглолистната и флокулентната. При пълно разтваряне на въглерода в гама-желязо, зърната имат лека форма без наличието на тъмни циментитични включвания.

Твърдостта е 170-220 HB. Топлопроводимостта и електрическата проводимост са с порядък по-нисък от този на ферита. Отсъстват магнитни свойства.

Вариантите на охлаждане и неговата скорост водят до образуване на различни модификации на "студеното" състояние: мартензит, байнит, тростит, сорбитол, перлит. Те имат подобна иглолистна структура, но се различават в дисперсията на частиците, в размера на зърната и в частиците на цементита.

Ефект от охлаждането върху аустенита

Разграждането на аустенит се извършва в същите критични точки. Ефективността му зависи от следните фактори:

1. Скорост на охлаждане. Той влияе върху природата на въглеродните включвания, образуването на зърна, образуването на крайната микроструктура и нейните свойства. Зависи от средата, която се използва като охлаждаща течност.
2. Наличност изотермични компонент на един от етапите на гниене - се намалява до определено ниво температура, топлината се поддържа стабилен по време на определен период от време, след което се продължава бързо охлаждане, или дали се появява във връзка с устройство за нагряване (фурна).

Така се изолират непрекъснати и изотермични трансформации на аустенит.

Характеристики на естеството на трансформациите. диаграма

C-образната графика, която отразява естеството на промените в микроструктурата на метала в интервала от време, в зависимост от степента на промяна на температурата, е диаграма на трансформацията на аустенита. Реалното охлаждане е непрекъснато. Само възможни са фази от задържането на принудителна топлина. Графиката описва изотермичните условия.

Характерът може да бъде дифузивен и дифузивен.

При стандартни темпове на намаляване на топлината, промяната в аустенитното зърно се получава дифузно. В зоната на термодинамична нестабилност атомите започват да се движат помежду си. Тези, които нямат време да проникнат в желязната решетка, образуват циментови примеси. Те са обединени от съседни въглеродни частици, освободени от техните кристали. Cementite се образува на границите на разлагащи се зърна. Пречистените феритни кристали образуват съответните плочи. Разработена е дисперсна структура - смес от зърна, чийто размер и концентрация зависят от скоростта на охлаждане и съдържанието на въглерод в сплавта. Също така се образуват перлит и неговите междинни фази: сорбитол, тростит, байнит.

При значителни темпове на понижаване на температурата разграждането на аустенит няма дифузионен характер. Извършват се комплексни изкривявания на кристали, в които всички атоми се изместват едновременно в равнината, без да променят местоположението си. Липсата на дифузия допринася за появата на мартензит.

Ефект от охлаждането върху характеристиките на аустенита. мартензит

Втвърдяването е вид топлинна обработка, чиято същност е бързото нагряване до високи температури над критичните точки Ac₃ и Ac_m, последвано от бързо охлаждане. Ако температурата падне с вода при скорост по-висока от 200 ° C в секунда, се образува твърда иглена фаза, наречена мартензит.

Това е свръхнаситен твърд разтвор на проникването на въглерод в желязо с кристална решетка от типа алфа. Благодарение на мощните измествания на атоми, той изкривява и образува тетрагонална решетка, която е причина за втвърдяване. Формираната структура има по-голям обем. В резултат на това, кристалите, ограничени от равнината, са сгъстени, игла подобни плочи са генерирани.

Мартензит - силен и много твърд (700-750 HB). Тя се формира само като резултат от високоскоростно втвърдяване.

Закаляване. Дифузионни структури

Аустенитът е формат, от който могат да се произвеждат изкуствено байнит, борност, сорбитол и перлит. Ако охлаждането на охлаждането се осъществява при по-ниски скорости, се извършват дифузионни трансформации, техният механизъм е описан по-горе.

Troostite е перлит, който се характеризира с висока степен на дисперсия. Създаден с намаляване на топлината от 100 ° C в секунда. Голям брой малки зърна от ферит и цементий се разпределят в цялата равнина. "Закалената" се характеризира с каменетна ламеларна форма и тростит, получен в резултат на последващо освобождаване, има зърнеста визуализация. Твърдостта е 600-650 HB.

Байнит е междинна фаза, която е още по-диспергирана смес от кристали с високо съдържание на въглерод ферит и цементий. Поради своите механични и технологични свойства той е по-нисък от мартензит, но надвишава тростит. Създават се в температурни интервали, когато дифузията е невъзможна, а силите на компресия и изместване на кристалната структура за трансформация в мартензитната структура са недостатъчни.

Сорбитолът е широкомащабно иглолистно разнообразие от перлитни фази с охлаждане със скорост 10 ° C в секунда. Механичните свойства заемат междинно положение между перлит и тростит.

Перлит - колекция от зърна от ферит и цементий, които могат да бъдат гранулирани или с формата на плочи. Създаден в резултат на гладко разграждане на аустенит със скорост на охлаждане 1 ° C в секунда.

Beytite и troostite са по-свързани с охлаждащите структури, докато сорбитолът и перлитът могат да се образуват дори при темпериране, отгряване и нормализиране, чиито характеристики определят формата на зърната и техния размер.

Ефект на отгряване върху характеристиките на аустенита

Почти всички видове отгряване и нормализиране се основават на взаимното преобръщане на аустенит трансформацията. Нанася се пълно и частично отгряване предварително еутектоидни стомани. Детайлите се нагряват в пещта над критичните точки Ac₃ и Ac₁ съответно. Първият тип се характеризира с дълъг период на задържане, който осигурява пълна трансформация: ферит-аустенит и перит-аустенит. След това следва бавно охлаждане на заготовките в пещта. Изходът е фино диспергирана смес от ферит и перлит, без вътрешни напрежения, пластмасови и силни. Непълното охлаждане е по-малко енергоемко, променя само структурата на перлита, оставяйки ферита практически непроменен. Нормализацията предполага по-висока скорост на намаляване на температурата, но по-груба зърнеста и по-малко пластична структура на изхода. За стоманени сплави със съдържание на въглерод от 0.8 до 1.3%, охлаждането при нормализиране води до разпадане в посоката: аустенит-перлит и аустенит-цементий.

Друг вид топлинна обработка, която се основава на структурни трансформации, е хомогенизирането. Той е приложим за големи части. Това предполага абсолютно постигане на аустенитно грубо зърно състояние при температури от 1000-1200 ° C и задържане в пещта до 15 часа. Изотермичните процеси продължават с бавно охлаждане, което улеснява изравняването на металните конструкции.

Изотермично отгряване

Всеки от тези начини за повлияване на метала за по-лесно разбиране се счита за изотермална трансформация на аустенит. Всеки от тях обаче има само определени характеристики на даден етап. В действителност промените настъпват при стабилно намаляване на топлината, чиято скорост определя резултата.

Един от методите, които са най-близо до идеалните условия, е изотермичното отгряване. Нейната същност се състои и в отопление и стареене до пълното разбиване на всички структури в аустенит. Охлаждането се осъществява на няколко етапа, което допринася за по-бавно, по-дълго и по-термично стабилно разпадане.

1. Бързо понижаване на температурата до стойност от 100 ° C под точката Ac₁.
2. Принудително запазване на постигнатата стойност (чрез поставяне в пещта) за дълго време до завършването на образуването на феритно-перлитни фази.
3. Охлаждане в спокоен въздух.

Методът е приложим и за легирани стомани, се характеризира с наличието на остатъчен аустенит в охладено състояние.

Остатъчен аустенит и аустенитни стомани

Понякога е възможно непълното разлагане, когато се получава остатъчен аустенит. Това може да се случи в следните ситуации:

1. Твърде бързо охлаждане, когато не настъпи пълно разлагане. Това е структурен компонент на байнит или мартензит.
2. Високо-въглеродна или ниско легирана стомана, за която сложните процеси на разпръснати аустенитни трансформации. Изисква използването на специални методи за термична обработка, като например хомогенизиране или изотермично охлаждане.

За силно допир - няма процеси на описаните трансформации. Сплавяване на стоманата никел, манган, хром допринася за образуването на аустенит като основна силна структура, която не изисква допълнителни влияния. Аустенитните стомани се отличават със своята висока якост, устойчивост на корозия и топлоустойчивост, устойчивост на топлина и устойчивост на сложни агресивни условия на работа.

Аустенитът е структура, без чието оформяне не е възможно да се загрява стомана с висока температура и която участва в практически всички методи на топлинна обработка, за да подобри механичните и технологичните свойства.