Види сталей та особливості їх використання

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Залізовуглецеві сплави

Сталь - багатокомпонентний сплав, хоча визначення сталі - сплав заліза і вуглецю, при вмісті вуглецю до 2,14 %. Основа Fe-C сплавів це Fe і C.Постійними домішками сталей є : Mn , Si , S , P , O , H , N , Cr , Ni та інші. Mn і Si переходять в сталь під час її розкислення. S і P попадають із руди , Cr і Ni - із шихти та легованого металолому. O, H , N - присутні у вигляді неметалевих включень.

Властивості сталей формує вуглець, а постійні домішки , в залежності від їх кількості, впливають на ці властивості.

Вплив вуглецю. Сталь після повільного охолодження , тобто у відпаленому стані, складається із двох фаз - Ф і Ц. Кількість Ц збільшується прямо пропорційно вмісту вуглецю. Твердий і крихкий Ц підвищує тимчасовий опір, твердість, межу плинності, але знижує характеристики пластичності (ш, д, KCV, K_1С). Підвищення вмісту вуглецю полегшує перехід сталі в крихкий стан, кожна 0,1% С підвищує поріг холодноламкості на 20 °С і розширює перехідний інтервал від в'язкого до крихкого стану, при цьому знижується густина сталі, зростає електроопір і коерцитивна сила , знижується теплопровідність, залишкова індукція та магнітна проникність.

Вплив кремнію. Гарно розкислена сталь містить не більше 0,37% кремнію, він дегазує метал і підвищує густину зливка. Після розкислення Si залишається у твердому розчині ( у Ф), сильно підвищує межу плинності, знижує здатність сталі до витяжки та холодної висадки. Тому у сталях, які піддають холодній пластичній деформації - штамповці, висадці, вміст кремнію повинен бути мінімальним.

Вплив марганцю. Максимальний вміст марганцю 0,8%, він знижує вміст сірки, суттєво підвищує міцність, практично не знижує пластичність та різко знижує червоноламкість за рахунок зв'язування сірки, яка присутня у вигляді FeS у власний сульфід. Марганець розчиняється у фериті і цементиті.

Вплив сірки. Сірка - це негативна домішка, верхня границя вмісту сірки 0,05%. Сірка з залізом утворює сполуку FeS, яка практично не розчиняється у твердому залізі, а з рідким залізом утворює легкоплавку евтектику з t_пл=988°С. При кристалізації евтектика розташовується по межах зерен і при наступному нагріванні сталі до 1000 - 1200 °С під час кування чи прокатки вона розплавляється. При деформації сталі в місцях розташування евтектики виникають тріщини і надриви. Це явище називається червоноламкістю.

Сполуки сірки знижують ударну в'язкість і характеристики пластичності у поперечному напрямку витяжки, знижується і межа витривалості. При збільшенні вмісту сірки знижується робота розвитку тріщини і в'язкість руйнування, сірка погіршує зварюваність і корозійну стійкість сталей. Вміст сірки в сталі суворо обмежується і залежить від якості сталі.

Автоматні сталі S=0,08 - 0,3 % P ? 0,05 %

Сталі звичайної якості S ? 0,05 % P ? 0,04 %

Якісні S ? 0,04 % P ? 0,035 - 0,04 %

Високоякісні S ? 0,025 % P ? 0,025 %

Вплив фосфору. Фосфор розчиняється у фериті, дуже сильно деформує кристалічну гратку і підвищує межу міцності і плинності, але знижує пластичність і в'язкість, і причому сильніше при збільшенні кількості вуглецю. Фосфор підвищує поріг холодноламкості сталі і знижує роботу розвитку тріщини. Сталь, яка містить фосфор в кількості 0,05 % має роботу розвитку тріщини у 2 рази меншу, ніж сталь з вмістом 0,005 % P. Кожна 0,01 % P підвищує поріг холодноламкості на 20 - 25 °С. Здатність фосфору до сегрегації по границях зерен сприяє окрихчуванню при низьких температурах, це явище називається холодноламкістю. Фосфор має велику схильність до ліквації, тому внутрішня частина зливку сильно збагачена фосфором і характеризується низькою в'язкістю.

Вплив газів. Водень, азот, кисень в сталях містяться в невеликих кількостях, і кількість їх залежить від способу виробництва сталі. Гази присутні у різних несуцільностях, у твердому розчині, у формі різних сполук - неметалевих включень - нітриди, оксиди. Неметалеві включення знижують межу витривалості та в'язкість руйнування.

Дуже негативною домішкою є водень, оскільки він сильно окричує сталь. Водень у катаних заготовках утворює флокени - тонкі тріщини овальної чи округлої форми, які у зломі мають вигляд п'ятна чи пластівців сріблястого кольору. Флокени різко погіршують властивості сталі. Водень при заварюванні сприяє утворенню холодних тріщин.

Домішки кольорових металів присутні в сталях в кількості сотих долей % , і попадають в сталь з металевого лому, це Cu, Ni, Cr, Zn, Sn, Sb та ін. Ці домішки практично не впливають на механічні властивості сталей, хоча по деяким даним домішки кольорових металів підвищують поріг холодноламкості.

Класифікація вуглецевих сталей

Сталями називаються сплави Fe і C, які містять до 2,14 %С.

Класифікація сталей проводиться по наступним параметрам :

І) По структурі у відпаленому стані :

а) доевтектоїдні - Ф+П; до 0,83 % С

б) евтектоїдні - П; 0,83 % С

в) заевтектоїдні - П+Ц_ІІ; 0,83 - 2,14 % С

ІІ) По вмісту вуглецю :

1) технічне залізо - містить до 0,025 %С, структура - ферит та Ф+Ц_ІІІ. Ці сплави використовуються в електротехнічній промисловості для виготовлення магнітопроводів, якоря і полюса машин постійного струму, роторів, статорів асинхронних двигунів, силових трансформаторів, апаратів, приладів та ін.

2) конструкційні сталі - сталі, які призначені для виготовлення деталей машин, конструкцій та споруд. Конструкційні сталі повинні характеризуватися високою межею плинності при високій пластичності та низьким порогом холодноламкості. Ці сталі повинні мати хороші технологічні властивості - гарну оброблюваність тиском та різанням не утворювати шліфовочні тріщини, мати високу прогартованість і малу схильність до зневуглецювання, деформації та тріщиноутворення при гартуванні. Конструкційні сталі повинні гарно зварюватись усіма видами зварювання. Конструкційні сталі містять 0,1 - 0,7 %С, і в свою чергу діляться на :

2.1 Цементовані сталі (0,15 - 0,25 %С) - сталі із яких виготовляють середньорозмірні зубчасті колеса, вали коробок передач автомобілів, вали швидкохідних верстатів, шпінделей, шестерен та ін. Для підвищення поверхневої твердості та зносостійкості застосовують цементацію та нітроцементацію.

2.2 Будівельні сталі - до 0,33 %С. Вони можуть піддаватись зварюванню і застосовуватися для елементів будівельних конструкцій, які не піддаються зварюванню. Сталі, які призначені для зварних конструкцій, повинні характеризуватись малою чутливістю до термічного старіння.

2.3 Поліпшувані сталі - містять 0,3 - 0,5 %С. Ці сталі використовують після нормалізації, покращення і поверхневого гартування для різних деталей - шестерен, зубчатих колес, валів осей та ін.

2.4 Сталі з високим вмістом вуглецю - 0,6 - 0,85 %С. Ці сталі характеризуються високою міцністю, зносостійкістю та пружними властивостями, із них виготовляють пружини, ресори, шпінделі, замкові шайби, прокатні валки, рейки.

Конструкційні сталі маркуються : сталі 10, 20, 30, 40, 45, 60, 65.

3) Інструментальні вуглецеві сталі. Ці сталі містять 0,7 - 1,5 %С. Вони використовуються для виготовлення ріжучого, вимірювального, формоутворюючого та хірургічного інструменту - фрези, свердла, пилки, ножовочні полотна, напильники, леза, гострий хірургічний інструмент. Це марки У7, У8, У10, У12.

ІІІ) По якості (за вмістом негативних домішок - сірки та фосфору) :

1) Автоматні сталі. Це сталі з високою оброблюваністю різанням, яка досягається введенням в сталь S, P, Se, Ta, Ca і утворення неметалевих включень. Наявність у сталі включень з низькою температурою плавлення призводить до утворення плівки між інструментом і заготовкою, що знижує коефіцієнт тертя в умовах різання. Присутність сірки і фосфору полегшує відділення стружки і руйнування металу, сприяє отриманню гладкої блискучої поверхні різання. У разі механічної обробки автоматних сталей утворюється коротка, ламка стружка, що особливо важливо при обробці на швидкохідних верстатах - автоматах. Недоліком автоматних сталей є їхня понижена пластичність. Це пов'язано з тим, що переважна більшість включень в умовах прокатування сприяє утворенню смугастої структури, що викликає появу анізотропії властивостей. Сталі застосовують для виготовлення деталей, від яких не вимагаються високі механічні властивості ( деталі кріплення, пальці, втулки тощо ).

Маркуються : А12, А20, А30, А40Г.

2) Сталі звичайної якості загального призначення (ГОСТ 380 - 88 )

Сталі цього класу діляться на три групи.

Група А - поставляється замовнику з гарантованими механічними властивостями, у вигляді гарячекатаного прокату - балки, швеллєри, кутники, прутки, листи, труби. Використовуються у будівництві.

Маркуються : Ст0…Ст6.

Група Б - поставляється замовнику з гарантованим хімічним складом.Це прокат, який піддається тепловому впливу - гарячій пластичній деформації та термічній обробці - малонавантажені деталі - вали, осі, зубчаті колеса.

Маркуються : БСт1кп, БСт6сп.

Група В - поставляється з нормованими механічними властивостями і хімічним складом. Використовуються для виготовлення деталей зварюванням, коли необхідно знати склад сталі. Властивості металу подалі від зони теплового впливу при зварюванні відповідають властивостям вихідного металу.

Маркуються : ВСт0…ВСт6.

В залежності від умов і ступеня розкислення розрізняють :

1. спокійні сталі «сп» - Ст1сп ;

2. напівспокійні сталі «пс» - Ст1сп ;

3. киплячі сталі «кп» - Ст2кп.

У цих сталях різна масова кількість кисню і кремнію. У спокійних - 0,15 - 0,3 % Si, ~ 0,002 %О₂; у напівспокійних - 0,05 - 0,15 % Si, ~ 0,01 %О₂ і у киплячих - не більше 0,05 % Si та 0,02 %О₂. Спокійні сталі отримують повним розкисленням сталі феромарганцем, ферокремнієм та фероалюмінієм у печі, а потім у ковші. Сталі охолоджують спокійно без газовиділень. Киплячі сталі розкислюють тільки феромарганцем, і до затвердіння у них міститься підвищена кількість FeO. При охолодженні у виливниці FeO взаємодіє з вуглецем сталі, при цьому утворюється СО, який виділяється у вигляді пухирців, створюючи враження, що метал кипить.

Для відповідальних зварних конструкцій, а також таких, що працюють при низьких кліматичних температурах, застосовують спокійні сталі, оскільки у них низька температура порогу холодноламкості.

Механічні властивості сталей звичайної якості підвищують гартуванням у воді з прокатного нагріву і наступним самовідпуском. Тимчасовий опір зростає при цьому у 1,5 - 2,0 рази при достатньо високій пластичності. Структура - Т, С.

3) Якісні сталі

Від сталей звичайної якості якісні відрізняються меншим вмістом сірки та фосфору та меншою кількістю неметалевих включень.

Сталь 08, 10, 15, 85, 08кп, 10кп.

У сталях цього класу достатньо високий комплекс механічних властивостей, який досягається термічною обробкою. Вони мають також хороші технологічні властивості ( оброблюваність різанням, зварюваність, деформованість ). Ці сталі не дефіцитні, вони дешеві. Основний недолік - мала прогартованість, а це накладає певні вимоги по розмірах деталей (малі перетини). Ці сталі, як правило, у машинобудуванні використовуються для виготовлення простих деталей невеликого перетину.

4) Високоякісні сталі

Високоякісні сталі містять S? 0.025 %. По вмісту вуглецю вони позначаються так як і якісні конструкційні та інструментальні сталі, а у кінці марки - літера «А»

У10А, У12А, 38ХМЮА

5) Особливовисокоякісні сталі

Якщо сталь на металургійному підприємстві піддавалась рафінуванню рідким синтетичним шлаком у ковші для видалення неметалічних включень, газів, сірки, фосфору, то вона містить цих негативних домішок значно менше. Міцність та пластичність таких сталей майже не змінюється після переплаву, а зменшується кількість неметалічних включень, їх глобулізація знижує анізотропію властивостей пластичності і в'язкості. У цих сталях висока конструкційна міцність. У цих сталях в кінці марки стоїть буква «Ш»

Чавуни

Чавунами називаються сплави заліза і вуглецю, які містять більше 2,14 % вуглецю. В залежності від стану вуглецю чавуни бувають білими та сірими. Так як і сталі, чавуни це не прості подвійні сплави, а це багатокомпонентні сплави. Вони містять ті ж постійні домішки - Mn, Si, P, S, але в більших кількостях, тому суттєво впливають на процес графітизації чавуну і відповідно на структуру ат властивості.

Марганець підвищує зносостійкість чавуну, усадку, крихкість. Розчиняючись у цементиті підвищує його стійкість при розпаді, тобто сприяє відбілюванню чавуну. Вміст Mn у сірих чавунах допускається 0,5 - 1,0 %.

Кремній міститься у чавунах в кількості (0,3 - 0,5) - (3,0 - 5,0) %. Він дуже сильно впливає на процес графітизації, підсилює графітизацію чавуну. Таким чином Si у чавунах - корисна домішка, чим його більше, тим більше фериту.

Сірка - сприяє відбілюванню чавуну і погіршує ливарні властивості (сильно зменшується рідкотекучість). Сірка підвищує твердість, знижує механічні властивості, підсилює схильність до утворення тріщин. Вміст сірки, в залежності від розмірів відливки коливається в межах 0,08 ( малі ) - 0,12 % ( крупні ).

Фосфор - практично не впливає на процес графітизації чавуну, це корисна домішка, оскільки фосфор покращує рідко текучість чавуну. Це пояснюється утворенням легкоплавкої потрійної евтектики ( Fe₃C - Fe₃P - Fe ) з температурою плавлення 950 °С. Тверді ділянки фосфідної евтектики підвищують твердість та зносостійкість чавуну. Високофосфористі чавуни ( 1% Р) використовуються для литва виливок складної форми, художнього литва, а у звичайних чавунах вміст Р=0,3 - 0,5 %. Підвищений вміст фосфору рекомендується і для антифрикційних чавунів які працюють при малих питомих тисках.

Білий чавун

Білим називається чавун, у якого весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту. Цей чавун кристалізується у відповідності з діаграмою залізо - цементит і відрізняється високою крихкістю. Колір чавуну сріблясто - білий. Фазовий склад чавунів при кімнатній температурі такий же як і у сталей - Ф+Ц, але властивості відрізняються, оскільки у білих чавунах велика кількість цементиту.

По кількості вуглецю і структурі білі чавуни діляться на доевтектичні (2,14 - 4,3% С), евтектичні (4,3% С), заевтектичні (4,3 - 6,67% С). У промисловості використовуються в основному до евтектичні чавуни, які мають структуру П+Л+Ц_ІІ. Із білих чавунів виливають валки прокатних станів, стрілки трамвайних рейок, бандажі вагонних коліс, кулі різних млинів. Із цього чавуну отримують ковкий чавун. Як правило, відливки мають структуру половинчастого чавуну, у якого на поверхні утворюється структура білого чавуну, а серцевина представляє собою сірий чавун. Білий чавун - це переробний чавун, який іде на виплавку сталей.

Сірі чавуни

Сплав заліза та вуглецю, у якого вуглецю більше 2,14% С називається чавуном. Присутність евтектики чавуну обумовлює його використання в якості ливарного сплаву. Сірим називається такий чавун, у якому весь вуглець перебуває у вільному стані у вигляді графіту.

Утворення графіту у чавуні може відбуватися безпосереднім виділенням його із рідкого розплаву, або внаслідок розпаду попередньо утвореного цементиту. Утворення вуглецю у формі графіту називається графітизацією. Кристалізація графіту із рідкого розплаву проходить при більш високій температурі ніж кристалізація цементиту.

В стабільній системі Fe - C при температурі, яка відповідає лінії СґDґ кристалізується не цементит, а графіт.

Вірогідність утворення у рідкій фазі ( або аустеніті ) метастабільного цементиту, який містить 6,67 %С,значно вища ніж графіту , який складається тільки з атомів вуглецю. Графіт утворюється тільки при дуже малій швидкості охолодження, коли ступінь переохолодження рідкої фази невелика. При переохолодженні рідини нижче 1147 °С утворюється цементит.

У рідкому чавуні присутні різні включення, які полегшують утворення та ріст графітних зародків. При наявності готових зародків процес утворення графіту може відбуватися і при температурах нижче 1147 °С. До цього призводить і легування чавуну кремнієм, який сприяє процесу графітизації.

Графіт, який утворюється із рідкої фази, росте із одного центру і, розгалужуючись у різні сторони, набуває форму сильно викривлених пелюсток. В площині шліфа графіт має вигляд або завихрених пластинок, які представляють собою різні розрізи графітних пелюсток.

Основний вплив на властивості чавунів надає вуглець у формі графіту. Графіт може бути: пластинчатий, пластівцевий, кулястий та вермикулярний.

У звичайному сірому ливарному чавуні графіт має пластинчасту форму, чавун з пластівцевою формою - ковкий, а з кулястою - високоміцний. Властивості чавунів в значній мірі залежать від форми, кількості та характеру розподілу графіту.

Графіт в порівнянні зі сталлю має низькі механічні властивості, а тому графітні включення можна вважати пустотами, мікротріщинами. Чим більший об'єм займають пустоти, тим нижче властивості чавунів. Чим більше у чавуні графіту, тим нижчі його механічні властивості. Чим грубіші включення, тим більше вони роз'єднують металеву основу, тим гірші властивості чавуну. Графітні пластинки, які відіграють роль тріщин, гострих надривів у металі, сильно знижують опір розвитку тріщин, межу міцності при розтягуванні. Опір розриву, вигину, скручуванню визначаються в основному кількістю, формою і розмірам графітних включень. Ці властивості чавунів значно нижчі ніж у сталях. Негативний вплив графітних включень на властивості чавунів зменшується по мірі заокруглення графіту і змінюється від пластівцевої до кулястої, оскільки куляста форма не створює різких концентрацій напружень і такі включення не являються тріщинами у чавуні.

Металева основа чавуну може складатися із перліту (кількість зв'язаного вуглецю 0,8%), або із фериту і перліту (кількість зв'язаного вуглецю менше 0,8%) або тільки фериту (С? 0,025%). Тому , в залежності від структури металевої основи розрізняють: перлітний чавун - П+Г, ферито-перлітний - П+Ф+Г, та феритний - Ф+Г.

На характеристики міцності суттєво впливає структура металевої основи. Чавун з перлітною структурою має найбільшу твердість, міцність та зносостійкість. Присутність фериту у структурі металевої основи призводить до зниження характеристик міцності і зносостійкості. Пластичність чавунів мало залежить від структури металевої основи.

Форма графітних включень мало впливає на твердість чавуну, але на міцність і пластичність впливає в значній мірі. Найбільш благодатною формою є куляста, а пластинчатий графіт знижує міцність і пластичність чавуну.

Сірий чавун (ливарний)

Сірий чавун - це чавун з пластинчатою формою графітних включень. Він утворюється при графітизації за діаграмою залізо - графіт. При литві з наступним повільним охолодженням графіт набуває пелюсткову (розеточну) форму, яка у розрізі має форму пластинок.

Графіт зменшує (як пустота) міцність і пластичність, опір відриванню, тимчасовий опір. Відносне подовження при розтягуванні сірого чавуну не залежно від металевої основи практично дорівнює нулю. Графітні включення мало впливають на зменшення межі міцності при стисканні та твердість, величина яких залежить від металевої матриці. При. стисканні чавун зазнає значної деформації, руйнівне навантаження при стисканні в залежності від якості чавуну і його структури в 3-5 разів більше ніж при розтягуванні. Тому такий чавун рекомендується застосовувати для виробів, що працюють на стискання.

Графіт значно менше знижує міцність при згинанні ніж при розтягуванні.

Графіт, порушуючи суцільність металевої основи, робить чавун малочутливим до різного роду концентраторів напружень (дефектів поверхні, надрізів, виточок). Внаслідок цього чавун має приблизно однакову конструкційну міцність у виливках простої форми або з рівною поверхнею і складною формою з надрізами або з погано обробленою поверхнею. Графіт підвищує зносостійкість і антифрикційні властивості чавуну завдяки власне змазуючій дії і підвищенню міцності плівки змащуючого матеріалу. Графіт покращує оброблюваність різанням, він робить стружку ламкою.

Металева основа у сірому чавуні забезпечує найбільшу міцність та зносостійкість при перлітній основі. Присутність фериту, не підвищуючи пластичність і в'язкість чавуну, знижує його міцність та зносостійкість. Феритний чавун має найменшу міцність. Сірий чавун має високі демпфірувальні властивості, він добре гасить вібрації і резонансні коливання, високі антифрикційні властивості.

Сірий чавун маркується буквами «СЧ» і цифрами, що характеризують границю міцності матеріалу при випробовуваннях на розтяг. Виготовляють - будівельні колони, фундаментні плити, литі малонавантажені деталі сільгоспмашин, верстатів, автомобілів, тракторів, арматура, станини потужних верстатів, поршні циліндрів, деталі, що працюють на знос в умовах високого тиску, компресорів, дизельних циліндрів,блоки двигунів, деталі металургійного обладнання.

Ковкий чавун

Ковкий чавун - це чавун з пластівцевою формою графітних включень. В порівнянні з пластинчатим графітом, пластівцевий графіт розташовується в металевій основі чавуну більш компактно, включення графіту не діють як гострі надрізи і тому такі включення в меншій мірі ослаблюють металеву основу.

Ковкий чавун отримують довготривалим нагрівом при високих температурах (відпал) виливок із білого чавуну. В результаті відпалу утворюється графіт пластівцевої форми. Металева основа ковкого чавуну: Ф, Ф+П, П. Найбільшою пластичністю характеризується феритний ковкий чавун, який широко використовується у машинобудуванні.

Хімічний склад білого чавуну, який відпалюють на ковкий чавун, вибирають в межах: 2,5…3,0% С, 0,7…1,5% Si, 0,3…1,0% Mn, ? 0,12% S, 0,18% P. Чавун має понижений вміст вуглецю і кремнію. Більш низький вміст вуглецю сприяє підвищенню пластичності, оскільки при цьому зменшується кількість графіту, який виділяється при відпалюванні, а понижена кількість кремнію запобігає виділенню пластинчатого графіту в структурі виливки при охолодженні.

Товщина стінки виливки не повинна перевищувати 40…50мм. При більших розмірах стінки в серцевині утворюється пластинчатий графіт, і чавун стає непридатним до відпалювання. Відпалювання проводиться у дві стадії. Перша стадія поводиться при 950…970°С - І-а стадія графітизації, після якої утворюється структура А+Г. в результаті розпаду цементиту дифузійним шляхом утворюється пластівцевий графіт (вуглець відпалювання).

Після цього виливки охолоджують до температур, які відповідають інтервалу евтектоїдного перетворення.

При охолодженні відбувається виділення із аустеніту вторинного цементиту, його розпад і як результат ріст графітних включень. При досягненні евтектоїдного інтервалу температур охолодження різко уповільнюють або дають додаткову витримку при температурі нижче цього інтервалу. В цей період протікає друга стадія графітизації: розпад аустеніту на Ф і Г або розпад цементиту, який входить в склад перліту з утворенням Ф і Г (в процесі витримки нижче евтектоїдної температури). Після закінчення другої стадії графітизації структура чавуну складається із фериту і пластівцевцевого графіту.

Для прискорення відпалювання застосовують різні заходи: чавун модифікують алюмінієм, підвищують температуру нагріву чавуну перед розливкою, перед відпалом проводять старіння - 300…400°С, підвищують температуру першої стадії графітизації (але не вище 1080°С), відпалювання проводять у захисній атмосфері. В такому випадку тривалість відпалювання складає 24…60 годин замість 70…80 годин.

Ковкий чавун маркують буквами «КЧ» і цифрами границі міцності і відносного видовження, КЧ 35-10.

Виливки із ковких чавунів застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях (картери, редуктори, фланці, муфелі, крюки, скоби).

Перлітні ковкі чавуни характеризуються високою міцністю, помірною пластичністю і хорошими антифрикційними властивостями. З них виготовляють вилки карданних валів, втулки, муфти, тормозні колодки, ланки і ролики цепів конвеєра та ін.

Ковкі чавуни застосовують в основному для виготовлення тонкостінних деталей на відміну від високоміцного.

Високоміцний чавун

У високоміцному чавуні графіт має кулясту форму. Кулястий графіт утворюється в литій структурі в процесі кристалізації. Кулястий графіт, який має мінімальну поверхню при даному об'ємі, значно менше послаблює металеву основу ніж пластичний графіт, і не являється активним концентратором напружень. Куляста форма графіту досягається модифікуванням. Модифікатори чавуну SiCa, FeSi, AlMg, але найчастіше використовують магній, який вводять перед розливанням чавуну, у кількості до 0,5%. Дія магнію пояснюється збільшенням поверхневого натягу графіту і утворенням мікробульбашок пари, в які дифундує вуглець.

Чавун з кулястим графітом має більш високі механічні властивості, які не поступають властивостям литої сталі. При цьому зберігаються гарні ливарні властивості та оброблюваність різанням, здатність гасити вібрації, чавун має високу зносостійкість.

Склад чавуну як правило: 2,7…3,7% C, 1,6…2,9% Si, 0,3…0,7% Mn, ?0,1% S та P.

Маркується високоміцний чавун літерами «ВЧ» і цифрою, що характеризує границю міцності при випробовуванні на розтяг, ВЧ-45.

Високоміцні чавуни використовують для виливання деталей в автобудуванні, дизелебудуванні - колінчаті вали,кришки циліндрів, деталі прокатних станів, в ковальсько - пресовому обладнанні - шаботи, молоти, траверси, преси, корпуси насосів, вентилі - у хімічній та нафтовій промисловості.

Високоміцні чавуни піддають багатьом видам термічної та хіміко-термічної обробки, і зокрема ізотермічне гартування на бейніт забезпечує границю міцності на рівні 100 МПа.

Високоміцні чавуни поряд з кулястими можуть містити деяку кількість вермикулярного графіту. Графітні включення в ньому мають округлі краї і менше співвідношення довжини і товщини. Тому вермикулярний графіт представляє собою перехідну форму від пластинчатого до кулястого графіту і не є таким значним концентратором напружень, як пластинчатий.

Співвідношення кількості кулястого та вермикулярного графіту у чавуні при однаковій кількості кремнію і вуглецю залежить головним чином від обробки розплаву лігатурами, що містить магній і рідкоземельні метали. Чавун з вермикулярним графітом може містити не більше 40% кулястого графіту, його позначають «ЧВГ», за яким йде число, що вказує на значення границі міцності.

Марку чавуну з вермикулярним графітом можна змінити шляхом використання термічної обробки, змінюючи структуру металевої основи. При однаковій структурі металевої основи механічні властивості чавуну з вермикулярним графітом знаходяться між значеннями властивостей сірого чавуну з пластинчатим графітом і високоміцного чавуну з кулястим графітом. Чавуни марок «ЧВГ» міцніші , а при однаковій міцності більш пластичні, ніж чавуни марок СЧ. Вони перевищують чавуни марок ВЧ з оброблюваності різанням та здатності до демпфірування , і їх використовують на заміну марок СЧ для виливання деталей верстатів, ковальсько-пресового обладнання, корпусних деталей.

При певних умовах роботи застосовують чавуни зі спеціальними властивостями, які поділяють на антифрикційні, зносостійкі, жаростійкі та корозійностійкі.

Антифрикційні чавуни використовують для роботи у вузлах тертя з мастилом, підшипників ковзання, втулок,вкладишів. Для цього застосовують нелеговані або низьколеговані сірі чавуни з пластинчатим графітом АЧС-1… АЧС-6, високоміцні чавуни з кулястим графітом АЧВ-1, АЧВ-2, та ковкі чавуни АЧК-1, АЧК-2.

Включення графіту зменшують коефіцієнт тертя в парі зі сполученою сталевою деталлю. Додавання міді в чавуни поліпшує їх корозійні та антифрикційні властивості.

Більшість антифрикційних чавунів мають перлітну, або перліто-феритну основу, до того ж кількість в'язкого фериту не повинна перевищувати 30-50%, щоб запобігти налипанню матеріалу підшипника на шийку вала. Чавун АЧС-5 після гартування має 80% аустеніту і використовується для роботи в особливо навантажених вузлах тертя.

Підвищення зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості чавунів досягають легуванням хромом, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами. Маркуються чавуни буквою «Ч», за якою йдуть букви, що позначають легуючі елементи, а потім цифри, що відображають кількість цих елементів у відсотках. Буква «Ш» наприкінці означає наявність кулястого графіту. (ЧХ22, ЧХ22С, ЧС5Ш).

До найбільш зносостійких відносяться білі чавуни зі значною кількістю хрому ЧХ22, ЧХ33, в яких замість цементиту утворюються карбіди М₇С₃ з високою твердістю. Такі чавуни широко використовуються в гірничодобувній промисловості та металургії.

Жаростійкі чавуни легують хромом, кремнієм і алюмінієм, які утворюють оксидні плівки. Чавуни ЧХ32 використовують до температури 1150°С при виготовленні пічної арматури.

Кременистий чавун ЧС5Ш (силан) використовують до температури 800°С, а чавун з високою кількістю алюмінію ЧЮ22Ш (чугаль) до температури 1100°С при виготовленні топкової арматури котлів. Причому чигаль стійкий у середовищах , які містять сірчаний газ та пари води. Чавуни ЧХ22С, ЧС15 (феросилід) і ЧН15Д (нірезист) використовують для виготовлення деталей хімічної апаратури, що працюють у розчинах кислот, лугів і солей

2. Теорія термічної обробки металів

Термічна обробка металів - це теплова обробка, з допомогою якої змінюють структуру та фізико - механічні властивості у бажаному напрямку.

Змінюючи температуру нагрівання, тривалість витримки при даній температурі, швидкість нагрівання і охолодження, можна надавати сплавам різних структур та властивостей.

Основи термічної обробки були розроблені основоположником сучасного металознавства Д. К. Черновим. Подальший розвиток теорії і практики термічної обробки отримала в роботах С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Г. В. Курдюмова, Н. А. Мінкевича, О. П. Гуляєва, В. Д. Садовського, К. Ф. Стародубова, та ін..

Теорія термічної обробки - опис процесів, які відбуваються у металі при нагріванні чи охолодженні.

В теорії термічної обробки приймають участь такі фази і структури:

Ферит - твердий розчин вуглецю у б - Fe.

Аустеніт - твердий розчин вуглецю у г - Fe.

Мартенсит - перенасичений твердий розчин вуглецю у б - Fe.

Перліт - суміш фериту і цементиту.

При термічній обробці відбуваються такі чотири перетворення:

- перліту в аустеніт вище точки А₁ при нагріванні: Ф + Ц > А;

- аустеніту в перліт нижче точки А₁ при охолодженні: А >Ф + Ц;

- Аустеніту в мартенсит при температурах метастабільної рівноваги цих фаз: А > М;

- Перетворення мартенситу на ферито - цементитну суміш (розпадання мартенситу): М > Ф + Ц.

Перетворення при термічній обробці відбуваються при певних температурах, які відповідають критичним температурам сплавів, або чистого заліза:

А₂ - точка Кюрі - 768 ⁰С;

А₁ - 727 ⁰С;

А₃ - 911 ⁰С; б > г

А₄ - 1399 ⁰С; г > б

Для сплавів А₃ - GS; А₁ - PSK; А_m - SE.

При нагріванні точки позначаються Ас, а при охолодженні А_r; А_с1; А_с3; А_сm; А_r1; А_r3; А_rm.

Перетворення відбуваються в зв'язку зі зміною вільної енергії фаз (структур) в залежності від температури. При температурах вище А₁ найменшу вільну енергію має аустеніт і тому йде перетворення перліту в аустеніт. Нижче А₁ спостерігається зворотне перетворення. При температурах нижче t₀ вільна енергія перліту мінімальна, але робота, яка необхідна для переходу аустеніту в мартенсит менша ніж для утворення перліту, і тому перехід аустеніту в мартенсит передує подальшому переходу мартенситу в перліт. Останній перехід енергетично вигідніший у всьому температурному діапазоні.

Перше перетворення - утворення аустеніту

Перше утворення аустеніту із Ф - Ц суміші при нагріванні проходить дифузійним шляхом і відчиняється основним положенням теорії кристалізації.

Розглянемо перетворення Ф -Ц суміші (П) в аустенітній на прикладі евтектоїдної (0,8%С) сталі. При нагріванні до температури Ас₁, відповідно до діаграми Fe - Fe₃C відбуваються у сталі такі процеси: розчинення у фериті деякої кількості цементиту у відповідності з лінією PQ; рекристалізація : якщо сталь зазнавала попередньої пластичної деформації; збільшення розчинності вуглецю у фериті. При підвищенні температури вище Ас₁, концентрація вуглецю в окремих ділянках фериту збільшується. Такі ділянки фериту нестійкі і вони перетворюються в аустеніт, який є стабільним при даній температурі. Аустеніт при температурі дещо вище точки Ас₁ містить приблизно 0,8% С. Утворення зразків критичного розміру проходить за рахунок флуктуації розташування атомів. В об'ємі фериту на границі з цементитом виникають флуктуаційні ділянки з граткою аустеніту, у які поступає вуглець із карбіду. В утворенні пластинчатої ділянки г - фази від Fe₃С дифундує вуглець і вони стають здатними до росту зародками аустеніту. При рості зародка когерентність б і г - граток порущується, зсувний механізм замінюється на нормальний механізм росту, і зерна аустеніту набувають рівновісну форму.

Після зникнення фериту і цементиту, і відповідно, границь між ними, де переважно зароджувався аустеніт, спостерігається тільки ріст зерен аустеніту без утворення нових зародків. Аустеніт, який утворився, є неоднорідним за вмістом вуглецю. В ділянках, які прилягали до частинок цементиту, концентрація вуглецю у аустеніті вище, ніж у ділянках, які межували з феритом. Під впливом цього градієнта концентрації здійснюється дифузія атомів вуглецю в аустеніті в напрямку від границі з цементитом до ділянок, які межують з феритом. В результаті розчинення цементиту в аустеніті проходить його стабілізація. Таким чином, ріст ділянок аустеніту відбувається в результаті поліморфного б в г перетворення і дифузії вуглецю.

Зростання ділянок аустеніту при такому перетворенні протікає швидше, ніж розчинення цементиту. Тому після перетворення фериту в аустеніт у структурі сталі зберігається іще деяка кількість цементиту і для його розчинення в аустеніті тривалість ізотермічної витримки повинна бути збільшена. Аустеніт, який утворився по описаному перетворенню, є неоднорідний по складу, і для його гомогенізації потребується додатковий час.

Для опису переходу ферито - цементитної структури в аустеніт часто користуються діаграмами ізотермічного утворення аустеніту, які дають уявлення про перетворення при різних температурах.

Швидкість перетворення ферито - цементитної структури в аустеніт, окрім температури нагрівання, залежить від її вихідного стану. Чим дисперсніша ферито - цементитна структура, тим більше виникає зародків аустеніту і швидше протікає процес аустенізації. Попередня сфероїдизація цементиту, особливо з утворенням крупних його глобулей, уповільнює процес утворення аустеніту.

При нагріванні доевтектоїдної чи заевтектоїдної сталі процес аустенізації ускладнюється перетворення структурно вільного фериту в аустеніт чи розчиненням надлишкового цементиту. При нагріванні доевтектоїдної сталі зародки аустеніту можуть виникати і на границях феритних зерен. У цьому випадку дифузія вуглецю по міжфазній границі приведе до намагання цементиту розчинятися у фериті, що буде призводити до перетворення фериту в аустеніт.

Чим більше у сталі вуглецю, тим швидше протікає аустенізація, що пояснюється збільшенням кількості цементиту, а відповідно, і зростанням сумарної поверхні розділу фериту і цементиту.

Легування хромом, молібденом, вольфрамом, ванадієм та іншими карбідоутворюючими елементами затримує аустенізацію через утворення легованого цементиту чи важко розчинних у аустеніті карбідів легувальних елементів. Відповідно більше часу необхідно і для гомогенізації аустеніту, оскільки дифузійна рухливість цих елементів у гратці г - фази значно нижча, ніж вуглецю.

При безперервному нагріванні перетворення перліту в аустеніт протікає в деякому інтервалі температур. Початок перетворення ферито - карбідної структури в аустенітну відповідає температурі трохи вище Ас₁, кінець поліморфного б в г перетворення - температурам лінії Ас₃ і повне розчинення карбідів - температурам, що утворюють лінію Асm. Чим вище швидкість нагрівання, тим при більш високій температурі протікає перетворення. Інтервал температур, у якому протікає перетворення перліту в аустеніт, тим більший, чим вища швидкість нагрівання, тому при швидкісному нагріванні (СВЧ), температура нагрівання для аустенізації сталі повинна бути вищою, ніж при порівняно повільному пічному нагріванні.

Ріст зерна аустеніту при нагріванні

Зародки аустеніту при нагріванні вище А₁ утворюється на границі розділу ферит - карбід. При такому нагріванні число зародків завжди достатньо велике і початкове ( вихідне) зерно аустеніту дрібне.

При подальшому підвищенні температури чи збільшенні часу витримки при даній температурі проходить ріст зерна аустеніту, термодинамічно виправданим намаганням системи до зменшення вільної енергії внаслідок скорочення поверхні зерен.

В основі механізму росту зерен аустеніту лежить міграція великокутових границь. Таким чином, ріст зерна контролюється дифузійним переходом атомів через великокутову границю.

Розмір зерна, що утворився при нагріванні до даної температури, звичайно, не змінюється при наступному охолодженні. Здатність зерна аустеніту до зростання неоднакова навіть у сталей одного марочного складу, внаслідок впливу умов виплавляння. Розрізняють два типи сталей по схильності до зростання зерна: спадково дрібнозернисті і спадково крупнозернисті.

У спадково дрібнозернистій сталі при нагріванні до 950 - 1000 ⁰С зерно мало збільшується, але при більш високому нагріванні наступає стрімке зростання зерна. У спадково крупнозернистій сталі, навпаки, стрімке зростання зерна спостерігається навіть при незначному перегріванні вище А₁. Різна схильність до зростання зерна визначається умовами розкислювання сталі та її складом.

Легування сталей, яке обумовлює уповільнення дифузійних процесів, буде стримувати зростання зерна, яке контролюється дифузією. Терміни спадково дрібнозерниста та спадково крупнозерниста сталь не означає того, що вона завжди буде мати крупне чи дрібне зерно. Спадкове зерно, яке отримане в стандартних умовах технологічної проби вказує тільки на те, що при нагріванні до певних температур спадково крупна зерниста сталь набуває відносно більш крупне зерно при більш низькій температурі, ніж сталь дрібнозерниста.

Розмір дійсного зерна аустеніту обумовлений температурою нагрівання, тривалістю витримки при ній і схильністю даної сталі до зростання зерна при нагріванні.

Довготривале нагрівання сталей при температурах значно вищих А₃ чи Асm, призводить до утворення крупного дійсного зерна. У перегрітої сталі злам камнеподібний. Поверхня руйнування зламу характеризується горбкуватою грубозернистою будовою ( зерна без металічного блиску, начебто оплавленні)

У перегрітій сталі нерідко чітко проявляється те, що ферит утворюється по зсувному механізму перетворення. Зростання відманштетових кристалів фериту проходить при високих температурах в умовах дифузійного відводу вуглецю. Перегрів різко знижує ударну в'язкість і цей дефект термічної обробки може бути усунений повним відпалом.

Ще більш високе нагрівання, ніж при перегріванні і до того ж в окислювальному середовищі, призводить до перепалу сталі; він супроводжується утворенням по границях зерен окислів заліза. При цьому також утворюється камневидний злам, який є більш крупнозернистим. Перепал - невиправний дефект сталі.

Величина зерна сталі суттєво не впливає на стандартний комплекс механічних властивостей, які отримують при випробуваннях на статичне розтягування ( д, у_0,2, у_в, ш) і твердість, але при зростанні зерна різко знижується ударна в'язкість, зменшується робота розповсюдження тріщини і підвищується поріг холодноламкості. Значення К_1с при збільшенні розміру зерна зростає. Чим крупніше зерно тим сильніше сталь схильна до деформації та гартувальних тріщин. Це все необхідно враховувати при виборі режимів термічної обробки. Різнозернистість сильно знижує конструкційну міцність, спричиняє окрихчування в зонах, які розташовані біля концентраторів напружень.

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту

Якщо сталь з вихідною структурою аустеніту, який отриманий в результаті нагрівання до температури вище А_с3 ( для доевтектоїдної сталі) чи вище Асm ( для заевтектоїдної сталі), переохолодити до температури А₁, то аустеніт стає метастабільним і зазнає перетворення.

Для опису кінетики перетворення переохолодження аустеніту користуються експериментально побудованими діаграмами час - температура, ступінь розпаду або діаграми ізотермічного перетворення аустеніту, тобто перетворення, що протікає при постійній температурі ( ТТТ - time - temperature - transformation).

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту складається з двох кривих - початку розпаду аустеніту і повного його розпаду. Область, яка лежить зліва від кривої початку розпаду аустеніту відноситься до інкубаційного періоду; в інтервалі температур і часу, що визначаються цією областю, існує переохолоджений аустеніт, який практично не зазнає помітного розпаду. Тривалість інкубаційного періоду характеризує стійкість переохолодженого аустеніту. При збільшенні переохолодження його стійкість швидко зменшується, і досягає мінімуму, а далі знову зростає.

При температурі найменшої стійкості аустеніту швидкість переохолодження дуже велика. Зменшення стійкості аустеніту і збільшення швидкості його перетворення при збільшені ступеня переохолодження, пояснюється зростанням різниці вільних енергій аустеніту і фериту. При цьому зменшується розмір критичного зародка, який здатний до росту, та збільшується кількість об'ємів у вихідному аустеніті, у яких можуть виникати зародки нових фаз - фериту і цементиту. Підвищення стійкості аустеніту і зменшення швидкості його перетворення при великих ступенях переохолодження визначається зниженням швидкості утворення і росту нових фаз внаслідок уповільнення процесу дифузії.

При переохолодженні аустеніту до температури, яка рівна чи нижча мартенситній точці (Мn), що відповідає температурі початку перетворення переохолодженого аустеніту в мартенсит, дифузійні процеси повністю подавляються і утворення структури, яка складається із фериту і цементиту, стає неможливою. У цьому випадку протікає бездифузійне перетворення аустеніту в структуру загартованої сталі, що називається мартенситом.

В залежності від ступеня переохолодження аустеніту розрізняють три температурні області, чи стадії перетворення:

- перлітну

- область проміжного перетворення

- мартенситну

Перлітна область у вуглецевих сталях розповсюджується на інтервал температур від точки А₁ до вигину ізотермічної діаграми ( ~ 550⁰С). При даних температурах відбувається дифузійний розпад з утворенням структури фериту і цементиту - перліту.

Проміжне перетворення протікає при температурах від вигину кривої ( ~ 550⁰С) до точки Мn. Це перетворення має ряд особливостей, які характерні як для перлітного ( дифузійного) так і для мартенситного ( бездифузійного) перетворення. Як результат, при перетворенні переохолодженого аустеніту, утворюється структура, що називається бейнітом.

Нижче температури, що відповідає точці Мn, переохолоджений аустеніт бездифузійно перетворюється у мартенсит.

Перлітне перетворення

Перлітне перетворення переохолодженого аустеніту носить кристалізаційний характер і розпочинається по дифузійному механізму. Це витікає з того, що аустеніт вуглецевої сталі практично однорідний по концентрації вуглецю, розпадається з утворенням фериту ( майже чисте залізо) і цементиту, який містить 6,67%С, тобто складається із фаз, які мають різку різницю по концентрації вуглецю. Основною, в першу чергу виникаючою, фазою при цьому є цементит. Як правило його зародки утворюються на границях зерен аустеніту.

В результаті росту частинок цього карбіду аустеніт, що примикає до нього, збіднюється вуглецем, знижує свою стійкість і шляхом поліморфного б в г перетворення переходить у ферит. Це перетворення, як і люба перебудова кристалічної гратки, проходить зсувним шляхом. При цьому кристалики фериту зароджуються на між фазних границях з цементитом, де цей процес полегшується.

Подальше зростання феритних пластинок призводить до збагачення аустеніту вуглецем, що затрудняє подальший розвиток б в г перетворення. У збагаченому таким чином вуглецем аустеніті зароджуються нові і ростуть раніше утворені пластинки цементиту. В результаті утворення і росту частинок карбідів знову створюються умови для виникнення нових і росту уже утворених кристаликів фериту. В результаті відбувається колоніальний (сильний) ріст кристаликів фериту і цементиту, які утворюють перлітну колонію. Розмір перлітних колоній і перлітних субколоній тим менше, чим дрібніше зерно вихідного аустеніту і більша ступінь його переохолодження.

Продукти перлітного перетворення мають пластинчасту будову. Чим більше переохолодження, тим тонкішою буде утворена ферито - цементитна структура, тобто менша величина міжпластинчастої відстані, яка дорівнює усередненій сумі товщин двох пластинок фериту і цементиту. При переохолодженні аустеніту до температур 700-600⁰C утворюється Ф - Ц суміш з між пластинчастою відстанню 0,6 - 1,0 мкм, в інтервалі температур 650-600⁰C переохолоджений аустеніт розпадається на Ф -Ц суміш у якої між пластинчаста відстань дорівнює 0,25 - 0,3 мкм, а в разі переохолодження аустеніту до температур 600-550⁰C він розпадається на Ф -Ц суміш, у якої відстань дорівнює 0,1 - 0,15 мкм. Ферито - цементитні суміші, які утворилися в різних температурних інтервалах, і які мають різні розміри, називаються відповідно перліт, сорбіт і троостит. Поділ Ф - Ц суміші на П, С, Т є чисто умовний і між ними немає чіткої границі, вони мають пластинчасту будову, відрізняються ступенем дисперсності, а відповідно і мають різні твердості, тимчасовий опір, межу плинності і витривалості. Твердість у П - 180 -250 НВ, С - 250 - 350 НВ, у Т - 350 - 450 НВ.

Мартенситне перетворення

Мартенситне перетворення протікає тільки у тому випадку, якщо швидким охолодженням аустеніт переохолоджується до низьких температур ( 200⁰С і нижче), коли дифузія як вуглецю, так і заліза стає неможливою. При мартенситному перетворенні не проходить перерозподіл компонентів між аустенітом і мартенситом, тому його можна розглядати, як фазові перетворення в однокомпонентній системі. Для початку мартенситного перетворення необхідно велике переохолодження аустеніту (т. Мn) при якому значення різниці об'ємної вільної енергії аустеніту і мартенситу буде більшим приросту поверхневої та пружної енергії (? F_об > ? F_пов +? F_пр ). Таким чином, мартенситне перетворення носить бездифузійний характер, воно проходить шляхом зсуву і не супроводжується зміною складу твердого розчину.

Мартенситне перетворення не можна подавити швидким охолодженням, як це може бути при дифузійних перетвореннях. При переохолодженні до температури, що відповідає точці початку (т. Мn ~ 200⁰С) мартенситного перетворення аустеніт починає перетворюватись у мартенсит. Щоб мартенситне перетворення розвивалось, необхідно безперервно охолоджувати сталь нижче температури Мn. Якщо охолодження припинити, то мартенситне перетворення також зупиниться. Ця особливість мартенситного перетворення різко відрізняє його від дифузійного перлітного перетворення, яке повністю протікає в ізотермічних умовах при температурі нижче точки А₁. Залежність кількості мартенситу, що утворився, від температури, до якої охолоджений зразок, описується мартенситною кривою. Чим нижча температура, тим більше утворюється мартенситу. Кількість мартенситу при цьому зростає у результаті утворення все нових і нових кристалів, а не внаслідок росту кристалів, які утворились і які мають когерентну межу. При досягненні для кожної сталі температури, перетворення аустеніту в мартенсит припиняється. Цю температуру закінчення мартенситного перетворення називають температурою мартенситного перетворення. Положення точок Мn і Мк не залежить від швидкості охолодження і обумовлено хімічним складом аустеніту. Чим більше в аустеніті вуглецю, тим нижчі температури Мn і Мк. Всі легуючі елементи, які розчиняються в аустеніті, за виключенням Со і Al, знижують точки Мn і Мк.

Нова фаза, яка утворилася при мартенситному перетворенні називається мартенситом і представляє собою пересичений твердий розчин вуглецю в б - залізі. Якщо в рівноважному стані розчинність вуглецю в б - залізі при кімнатній температурі не перевищує 0,006%С, то його вміст у мартенситі може бути таким, як і у вихідному аустеніті.

Атоми вуглецю займають октаедричні пори вздовж осі (0001) в гратці б - заліза ( мартенситу) і значно її спотворюють. Мартенсит має тетрагональну гратку, в якій один період „ с “ більший за інший - „ а“. При збільшенні вмісту вуглецю висота тетрогональної призми зростає „ с “, а розмір її основи зменшується. Відповідно, чим більше в мартенситі вуглецю, тим більше відношення с/a, тобто більша тетрогональність гратки. Відношення с/a = 1+0,046С, де С - концентрація вуглецю в аустеніті, % за масою.

Є різні види мартенситу за механізмом утворення:

- мартенсит напруження

- мартенсит деформації

- мартенсит охолодження.

Кристали мартенситу в залежності від складу сталі, а відповідно і від температури свого утворення можуть мати різну морфологію і субструктуру. Розділяють два типи мартенситу:

- пластинчастий

- рейковий

Пластинчастий мартенсит утворюється у високовуглецевих сталях, що характеризується низькою температурою мартенситної точки. У цьому випадку кристали мартенситу складаються в своїй середній частині з великої кількості мікродвійників, що утворюють зону підвищеного травлення, яка називається мідрібом.

Коли кристали пластинчастого мартенситу розташовуються в площині шліфа, вони мають вигляд голок.

У конструкційних вуглецевих і легованих сталях більша частина кристалів мартенситу має форму таких рейок (рейковий мартенсит) витягнутих в одному напрямку. Рейки часто утворюють пакет. Такий високотемпературний мартенсит називають масивним на відміну від голчастого.

Розміри кристалів мартенситу визначаються величиною вихідного зерна аустеніту. Вони є тим більші, чим більше зерно аустеніту. Перша пластина мартенситу має довжину, що відповідає поперечному розміру зерна аустеніту, кристали, що утворюються при більш низьких температурах, обмежені у своєму розвитку, і мають менші розміри.

...