Решение задачи 5: Структура Цементит + Мартенсит отпуска

Хорошо, вот ответ на последнюю задачу, оформленный для переписывания в тетрадь. ---

Решение задачи 5:

5. После термической обработки углеродистой стали получена структура цементит + мартенсит отпуска. Нанесите на диаграмму состояния железо-цементит ординату заданной стали (примерно) и обоснуйте температуру нагрева этой стали под закалку. Так же укажите температуру отпуска. Опишите превращения, которые произошли при термической обработке.

1. Определение типа стали и нанесение ординаты на диаграмму

* Полученная структура "цементит + мартенсит отпуска" указывает на то, что в стали присутствует избыточный цементит. Это характерно для **заэвтектоидных сталей**, то есть сталей с содержанием углерода более 0,8% (до 2,14%). * Для примера выберем сталь с содержанием углерода **1,2%**. * **На диаграмме состояния железо-цементит (Рис. 8):** Необходимо провести вертикальную линию (ординату) от оси абсцисс (содержание углерода) вверх, соответствующую 1,2% углерода. Эта линия будет проходить между точками 0,8% и 2,14% углерода.

2. Обоснование температуры нагрева под закалку

* **Цель закалки:** Получить мартенсит. Для этого сталь перед закалкой должна быть нагрета до температуры, при которой она полностью или частично переходит в аустенитное состояние. * **Для заэвтектоидных сталей:** Нагрев под закалку должен осуществляться в интервале температур **выше линии Ас1 (727 °C)**, но **ниже линии Асm**. * Линия Ас1 (727 °C) – это температура, при которой перлит начинает превращаться в аустенит. * Линия Асm – это линия, выше которой весь избыточный цементит полностью растворяется в аустените. * **Обоснование выбора интервала:** Чтобы в конечной структуре присутствовал цементит (как указано в задании "цементит + мартенсит отпуска"), необходимо, чтобы часть избыточного цементита не растворилась в аустените при нагреве. Поэтому нагрев должен быть ниже линии Асm. * **Примерная температура нагрева:** Для стали с 1,2% углерода линия Асm находится примерно в диапазоне 900-950 °C. Следовательно, оптимальная температура нагрева под закалку для получения желаемой структуры будет, например, **800-850 °C**. При этой температуре весь перлит превратится в аустенит, но часть избыточного цементита останется нерастворенной.

3. Указание температуры отпуска

* **Мартенсит отпуска** – это структура, которая образуется при нагреве закаленной стали (мартенсита) до определенных температур (отпуска) с последующим охлаждением. Отпуск снимает внутренние напряжения и повышает вязкость, при этом снижая твердость. * **Температура отпуска:** Для получения структуры "мартенсит отпуска" обычно применяют **средний отпуск (350-500 °C)** или **высокий отпуск (500-650 °C)**. * Средний отпуск приводит к образованию троостита отпуска. * Высокий отпуск приводит к образованию сорбита отпуска. * Обе эти структуры являются разновидностями мартенсита отпуска. * **Примерная температура отпуска:** Можно указать температуру в диапазоне **400-550 °C**.

4. Описание превращений, которые произошли при термической обработке

Термическая обработка для получения структуры "цементит + мартенсит отпуска" включает следующие этапы: 1. **Нагрев под закалку (Аустенитизация):** * **Исходная структура:** Заэвтектоидная сталь при комнатной температуре имеет структуру **перлит + избыточный (вторичный) цементит**. * **При нагреве до 800-850 °C:** * Перлит (\(\alpha + Fe_3C\)) превращается в **аустенит (\(\gamma\))**. * Избыточный цементит (\(Fe_3C\)) частично растворяется в аустените, но значительная его часть остается в виде нерастворенных частиц. * **Структура перед закалкой:** **Аустенит (\(\gamma\)) + нерастворенный избыточный цементит (\(Fe_3C\))**. 2. **Закалка:** * **Быстрое охлаждение** стали от температуры аустенитизации (800-850 °C) до комнатной температуры (например, в воде или масле). * При высокой скорости охлаждения аустенит не успевает распасться на перлит или бейнит и претерпевает бездиффузионное превращение в **мартенсит (М)**. * Нерастворенный избыточный цементит сохраняется. * **Структура после закалки:** **Мартенсит (М) + избыточный цементит (\(Fe_3C\))**. 3. **Отпуск:** * **Нагрев закаленной стали** до температуры отпуска (например, 400-550 °C) с последующей выдержкой и охлаждением. * При отпуске происходит распад мартенсита: из пересыщенного твердого раствора выделяются дисперсные частицы цементита, снимаются внутренние напряжения, и структура мартенсита изменяется. * **Конечная структура:** **Мартенсит отпуска (троостит отпуска или сорбит отпуска) + избыточный цементит (\(Fe_3C\))**. ---