Как решать задачи на сплавы
- История и значение стали в цивилизации
- Диаграмма состояния железо-углерод и ее значимость
- Получение диаграмм состояния
- Фазы стали на диаграмме состояния
- Технологические аспекты и важность температуры
- Мартенсит и его влияние на сталь
- Определение температуры закалки
История и значение стали в цивилизации
Сталь - это наиболее известный и главный сплав в истории цивилизации. Она является основой подавляющего большинства конструкционных материалов и будет оставаться таковой и в будущем. Новые сплавы, включая легированные, по-прежнему будут разрабатываться, но основа всегда останется железо.
Диаграмма состояния железо-углерод и ее значимость
Большинство информации о сталях можно найти на диаграмме состояния железо-углерод. Она позволяет определить температуру плавления и затвердевания сталей, интервалы температур при механической и термической обработке и другие технологические параметры. Такие диаграммы построены для всех значимых сплавов и используются при создании легированных сталей.
Получение диаграмм состояния
Диаграммы состояния получают квазистатическим нагревом и охлаждением исследуемых твердых растворов при различных концентрациях. Фазовые превращения происходят при постоянной температуре, что позволяет построить изотермические участки на температурных кривых. Существует соглашение, согласно которому типичные точки на диаграмме железо-углерод обозначаются одними и теми же буквами.
Фазы стали на диаграмме состояния
Наибольший интерес для металловедов представляют те участки диаграммы, где твердый сплав железо-углерод называется сталью. Здесь рассматриваются температуры, предшествующие жидкому состоянию сплава. Основные фазы на диаграмме - феррит, аустенит и цементит. Феррит - твердый раствор углерода в железе с кубической гранецентрированной решеткой, аустенит - высокотемпературный феррит с объемоцентрированной решеткой, цементит - карбид железа. Феррито-цементитная структура называется перлитом.
Технологические аспекты и важность температуры
Для анализа состояния стали при разных температурах, можно провести вертикальную линию на диаграмме, соответствующую выбранной концентрации углерода. Различные состояния стали можно определить этим способом. К примеру, при 0,4% углерода структура стали после охлаждения будет аустенит, а при комнатной температуре - феррит + перлит. Главная температура для технолога составляет 768 °С. Легированные стали содержат 1% хрома, что понижает эту температуру до 720 °С.
Мартенсит и его влияние на сталь
На диаграмме состояния отсутствует фаза мартенсита, которая является метастабильным аустенитом. Мартенсит обладает значительной твердостью, но при комнатной температуре метастабилен и может привести к образованию трещин. Отпуск закаленной стали проводится для снятия внутренних напряжений, повышения хладноломкости и снижения твердости стали.
Определение температуры закалки
Диаграммы состояния железо-углерод также полезны для определения температуры нагрева при закалке. Сталь "не калится" при концентрациях углерода ниже точки Р на диаграмме. На линии PSK, которая соответствует углеродной концентрации не более 2,14%, это температура около 780 °С. Перегрев свыше эвтектоидного допустим, но может вызвать негативные последствия, такие как рост зерна и прочие проблемы после закалки.