» » Изменение внутреннего строения стали при нагревании

Изменение внутреннего строения стали при нагревании

Изменение внутреннего строения углеродистых сталей различных марок при нагреве можно отразить на одном рисунке. Такой рисунок называется диаграммой состояния сплавов железа с углеродом (фиг. 27). По этой диаграмме легко прочитать, при какой температуре какая углеродистая сталь начинает плавиться и затвердевать, как она изменяет свою структуру, при какой температуре возникает аустенит и когда начинает образовываться феррит и т. д.
Возьмем, например, всем известную и широко применяемую сталь марки 45, имеющую содержание углерода от 0,42 до 0,48% или в среднем 0,45%, а остальное железо и другие примеси. Чтобы узнать об изменениях, которые происходят в такой стали при нагревании, необходимо сначала найти на нижней горизонтальной линии диаграммы среднее содержание углерода в стали — 0,45% и от этой точки провести вертикальную прямую линию MN вверх через всю диаграмму. Теперь можно уже будет прочитать, что говорит диаграмма о выбранной стали. Замечаем, что в нижней части диаграммы вертикальная линия MN проходит через участок, где написано «перлит и феррит», пересекаясь с горизонтальной прямой PS, соответствующей температуре 723°. Это так называемая линия нижних критических точек, или критических температур. А эти критические температуры для всех углеродистых сталей одинаковы и равны 723°. До температуры 723° структура выбранной нами стали не изменяется: она, как видим, состоит из феррита и перлита. При температуре 723° весь перлит превращается в аустенит. Выше 723° феррит начинает растворяться в аустените, что можно прочитать и на диаграмме. Дальше намеченная нами линия MN встречается с кривой GS. Это кривая новых критических температур, так называемые точки Аз.

Если от точки А3 провести горизонтальную прямую, то можно будет прочитать, что эта точка соответствует температуре примерно 780° Между точками 723° и 780° сталь — смесь феррита и аустенита, а при температуре свыше 780° феррит исчезает и остается только один аустенит. Дальше наша вертикальная линия встречается с кривой AE. Это линия критических температур, при которых зерна аустенита начинают плавиться, появляется жидкость. Для стали марки 45 это происходит, как видно, при температуре примерно 1450°, а при температуре 1520° происходит полное расплавление стали.
Таким образом, по диаграмме мы нашли важные температуры: 723°, 780°, 1450° и 1520°, при которых происходят превращения в стали. Эти температуры поэтому и называют критическими. Для любой другой стали диаграмма покажет подобные же критические температуры, но они, конечно, будут другими по величине.
Как же получена такая диаграмма? Дело в том, что для создания этой диаграммы исследователи провели огромное количество опытов со всеми возможными по содержанию углерода сталями. Образцы этих сталей нагреваются до различных температур и в таком состоянии исследуются для определения их структуры при помощи различных точных приборов.
Уральский металлург П.П. Аносов еще в середине прошлого столетия применил для изучения стали микроскоп. Продолжая изучать процесс затвердевания и плавления стали, известный ученый-металлург Д.К. Чернов в 1868 г. обнаружил существование описанных критических температур, или критических точек, при которых происходят превращения в стали. В настоящее время для исследования превращений в металлах применяются еще более совершенные методы и приборы, например, электронные микроскопы, аустенитометры и другие приборы. Результаты исследований и определения критических температур для многих сталей позволили построить кривые, которые и отражают на диаграмме очень стройные законы изменения строения стали при нагреве и охлаждении. Итак, сталь при нагревании изменяет свое строение или структуру.
Рассмотрим еще один пример. Углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,8%, называемая доэвтектоидной, в холодном и отожженном состоянии состоит из зерен феррита и перлита. При нагревании же до 723°, как мы видели, перлит превращается в аустенит. Аустенит — это твердый раствор углерода в железе. Раствором он называется потому, что атомы углерода равномерно распределяются между атомами железа, как это происходит с частицами — атомами или молекулами — в любом растворе. Температура 723°, при которой происходит превращение зерен перлита в зерна аустенита, называется нижней критической температурой и обозначается A1 (см. фиг. 27).
При дальнейшем нагревании стали с содержанием углерода до 0,8% ее зерна феррита постепенно растворяются в ранее образовавшихся зернах аустенита. То же самое происходит и с зернами цементита в стали с содержанием углерода более 0,8%, т. е. заэвтектоидной стали. При какой-то температуре растворение феррита или цементита в зернах аустенита заканчивается. Эта температура называется верхней критической температурой и обозначается Аз. Эта температура имеет для каждой стали свое значение в зависимости от содержания углерода.
Выше температуры Аз любая углеродистая сталь состоит только из зерен аустенита. При температурах, не сильно превышающих температуру A3 (на 20—50°), зерна аустенита остаются мелкими. При дальнейшем нагреве зерна аустенита растут за счет соседних и тем интенсивнее, чем выше температура и больше время нагрева. Структура становится крупнозернистой, следовательно, произошел перегрев стали. Перегретый металл имеет низкую прочность и при ковке дает рванины и трещины, особенно в углах. Чтобы не допустить перегрева, нужно строго следить за температурой нагреваемого металла и выдержкой заготовок в печи. Слишком большая выдержка при ковочной температуре — основная причина перегрева металла. Нужно строго придерживаться установленного времени нагрева для тех или иных заготовок.

title-icon Подобные новости