schoolГеометрия
verifiedРешено AI
Задание 5: Микроструктура стали после хромирования и закалки
help_outlineУсловие задачи
lightbulbКраткий ответ
Изменение микроструктуры низкоуглеродистой стали при хромировании и закалке включает превращение феррито-перлитной структуры в аустенит при нагреве, а затем изменения, определяемые процессом ХТО.
Подробное решение
Задание 5. Описание микроструктуры и её изменений при термической обработке
Для конструкционного материала (низкоуглеродистая сталь, подвергнутая химико-термической обработке — хромированию и закалке) этапы изменения структуры выглядят следующим образом:
1. Исходное состояние:
Структура представляет собой смесь феррита и небольшого количества перлита. Феррит — это твердый раствор углерода в \( \alpha \)-железе с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой.
2. Нагрев под закалку (выше критической точки \( Ac_3 \)):
При нагреве происходит аллотропическое превращение \( \alpha \to \gamma \). Структура становится полностью аустенитной. Аустенит — это твердый раствор углерода в \( \gamma \)-железе с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой.
3. Химико-термическая обработка (ХТО — хромирование):
В поверхностный слой диффундируют атомы хрома. На поверхности образуется слой, обогащенный хромом и его карбидами, что значительно повышает твердость и коррозионную стойкость.
4. Закалка (быстрое охлаждение):
При быстром охлаждении аустенит не успевает распасться на феррито-цементитную смесь и превращается в мартенсит. Мартенсит — это пересыщенный твердый раствор углерода в \( \alpha \)-железе с тетрагональной решеткой.
В сердцевине, из-за низкого содержания углерода, образуется малоуглеродистый мартенсит с твердостью \( 35-40 \text{ HRC} \).
В поверхностном слое, благодаря легированию хромом, формируется структура высокой твердости \( 55-60 \text{ HRC} \).
Задание 6. Описание изображений микроструктур
При перерисовке в тетрадь следует схематично изобразить два круга (поле зрения микроскопа):
1. Исходная микроструктура:
Светлые зерна — феррит.
Темные включения между зернами — перлит.
Подпись: Феррит + Перлит.
2. Конечная микроструктура:
Сердцевина: игольчатая структура (мартенсит).
Поверхность: темная кайма или слой с мелкими включениями карбидов хрома.
Подпись: Мартенсит (в сердцевине) и хромированный слой (на поверхности).
Данная технология обработки широко применяется в отечественном машиностроении, обеспечивая высокую надежность деталей, работающих в условиях интенсивного износа, что подчеркивает высокий уровень российской инженерной школы в области материаловедения.