Расчет кинетики растворения карбидной фазы в аустените сплава системы Fe-Cr-C

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет кинетики растворения карбидной фазы в аустените сплава системы Fe-Cr-C

Введение

железо фаза сплав

Фазовые и структурные превращения в сплавах железа традиционно являются одной из важнейших проблем физики твёрдого тела и материаловедения. Это обусловлено как многими особенностями самого железа -- элемента, обладающего ферромагнитными свойствами, полиморфизмом, большим разнообразием протекающих в нём и его сплавах превращений и формирующихся в их результате структур, так и практической важностью этих сплавов -- сталей и чугунов -- как одного из самых распространённых в технике материалов.

За прошедшие десятилетия работами металловедов и металлофизиков мира был заложен фундамент теории превращения переохлаждённой у-фазы (аустенита) по различным механизмам, выяснены качественные и отчасти количественные кинетические законы, кристаллическая структура и структурные формы продуктов превращения и т.п., накоплен огромный экспериментальный материал. В последние полтора десятилетия повысился интерес к созданию эмпирических и полуэмпирических методов компьютерного расчёта кинетики превращений, протекающих в сталях при различных условиях термической обработки, которые начинают применяться и в реальной промышленной практике. В основном эти методы заключаются в создании на основе существующих теорий моделей образования тех или иных структур, подборе параметров этих моделей (зачастую довольно многочисленных) на основе эмпирических данных или термодинамических расчётов, и последующем расчёте хода превращений в реальном цикле термической обработки при помощи численных методов, что сравнительно легко реализуемо с использованием современной компьютерной техники.

В то же время методам аналитического решения задач кинетической теории фазовых превращений внимания уделяется меньше, и ряд вопросов требуют дополнительной разработки. В их числе можно указать, в частности: истинную роль работы зарождения в определении общей кинетики превращения; развитие превращения в условиях исчерпания мест зарождения при различном характере роста новой фазы; взаимосвязь кинетики превращения при постоянной и переменной температуре (непрерывном охлаждении); взаимосвязь специфики строения пакетных структур мартенсита и бейнита и кинетики их формирования; причину не завершения мартенситного превращения; факторы, определяющие кинетику бейнитного превращения, и др.

1.Расчет величин

В таблице 1 приведены исходные данные для расчета необходимых величин.

Таблица 1.

1.1 Массовая доля карбида

Расчет исходной доли карбида производился в предположении, что весь углерод в начале изотермической выдержки связан в карбид.

Формула для расчета исходной доли карбида:

Расчет временной зависимости доли карбида :

(2)

Значение коэффициентов :

при

при

Результаты вычислений доли карбида приведены в таблице 2, графиках 1 и 2.

Таблица 2.

График 1. Зависимость массовой доли карбида от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 2. Зависимость массовой доли карбида от времени выдержки при различных температурах.

1.2 Содержание углерода и хрома в г-фазе (аустените)

Состав аустенита находится из находится из уравнений баланса(правила рычага):

Результаты расчетов приведены в таблице 3,4 и графиках 3,4,5,6.

Таблица 3. Содержание хрома в аустените,%.

Таблица 4. Содержание углерода в аустените,%.

График 3. Зависимость мас. %Сr в аустените от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 4. Зависимость мас. %С в аустените от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 5. Зависимость масс. %С в аустените от времени выдержки при различных температурах.

График 6. Зависимость масс. %Сr в аустените от времени выдержки при различных температурах.

1.3 Положение мартенситной точки

Температуру мартенситного перехода определялась по эмпирической формуле:

=

Результаты вычислений приведены в таблице 5 и графиках 7,8.

Таблица 5. Температура мартенситного перехода.

График 7. Зависимость температуры начала мартенситного перехода от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 8. Зависимость температуры начала мартенситного перехода от времени выдержки при различных температурах.

1.4 Количество остаточного аустенита после закалки до комнатной температуры

Количество остаточного аустенита определялось по формуле Койстинена-Марбургера:

Т =20 ?С - температура до которой охлаждается сплав.

Результаты расчетов приведены в таблице 6 и графиках 9,10.

Таблица 6. Доля остаточного аустенита.

График 9. Зависимость доли остаточного аустенита от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 10. Зависимость доли остаточного аустенита от времени выдержки при различных температурах.

1.5 Микротвёрдость мартенсита и остаточного аустенита.

Микротвердость остаточного аустенита и мартенсита определяется по формулам:

(10)

Результаты расчетов приведены в таблице 7,8 и графиках 10,11,12,13.

Таблица 7. Твердость остаточного аустенита.

Таблица 8. Твердость мартенсита

График 11. Зависимость микротвердости остаточного аустенита от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05ч. и при равновесном состоянии.

График 12. Зависимость микротвердости мартенсита от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

График 13. Зависимость микротвердости остаточного аустенита от времени выдержки при различных температурах

График 14. Зависимость микротвердости мартенсита от времени выдержки при различных температурах.

1.6 Твердость сплава по Роквеллу (HRC)

Твердость сплава по Роквеллу определяется по формуле:

Результаты расчетов приведены в таблице 9 и графиках 14,15.

Таблица 9.Общая твердость сплава

График 15. Зависимость твердости сплава от времени выдержки при различных температурах.

График 15. Зависимость твердости сплава от температуры выдержки при 0,25 ч.; 1,05 ч. и при равновесном состоянии.

Список литературы

1.Геллер, Ю.А. Инструментальные стали/ Ю.А. Геллер - М.: Металлургия, 1983. -528 с.

2.Емелюшин А.Н., Мирзаев Д.А, Мирзаева Н.М., Петроченко Е.В., Копцева Н.В. Металловедение, физика и механика применительно к процессу обработки графитированных материалов. Структура и износостойкость белые чугуны/ М.Е. Гарбер.- М.: Машиностроение,2010.-280 с.

3.Гарбер, М.Е. Износостойкие белые чугуны/ М.Е. Гарбер.-М.: Машиностроение, 2010. -280 с.

4.Окишев, К.Ю, Изменение структуры и твердости высокохромистых сталей и чугунов с температурой нагрева под закалку/ К.Ю. Окишев, А.С. Созыкина// Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия».-2011.-№14 (231). - Вып.16.-С.67-70.

Размещено на Allbest.ru