Решение задачи: Структура "Цементит + Мартенсит отпуска" в стали

Вот решение задачи, оформленное так, чтобы было удобно переписать в тетрадь школьнику. ---

Решение:

5. Анализ термической обработки углеродистой стали для получения структуры "цементит + мартенсит отпуска"

1. Определение типа стали по конечной структуре

Конечная структура "цементит + мартенсит отпуска" указывает на то, что в стали присутствует избыточный цементит. Это характерно для **заэвтектоидных сталей** (содержание углерода более 0,8% до 2,14%).

2. Нанесение ординаты заданной стали на диаграмму состояния железо-цементит

(Здесь необходимо перерисовать диаграмму состояния железо-цементит, представленную на рисунке 8, и нанести на нее ординату для заэвтектоидной стали, например, с 1,2% углерода). * На диаграмме состояния железо-цементит (рис. 8) проводим вертикальную линию (ординату) в области заэвтектоидных сталей, например, при содержании углерода 1,2%. Эта линия будет проходить между 0,8% и 2,14% углерода.

3. Обоснование температуры нагрева под закалку

Для получения мартенсита при закалке необходимо, чтобы сталь перед закалкой имела аустенитную структуру. * **Для заэвтектоидных сталей:** Нагрев под закалку должен производиться до температуры, которая находится **выше линии Ас1 (727 °C)**, но **ниже линии Асm**. * Линия Ас1 (727 °C) - это температура начала превращения перлита в аустенит. * Линия Асm - это линия, выше которой весь избыточный цементит растворяется в аустените. * **Цель нагрева:** Нагрев до температуры между Ас1 и Асm позволяет получить структуру, состоящую из **аустенита и нерастворенного избыточного цементита**. Если нагреть выше Асm, весь цементит растворится, и при закалке получится только мартенсит (без избыточного цементита). * **Примерная температура:** Для стали с 1,2% углерода линия Асm находится примерно на 900-950 °C. Следовательно, температура нагрева под закалку должна быть, например, **800-850 °C**. Это обеспечит полное превращение перлита в аустенит, но при этом часть избыточного цементита останется нерастворенной.

4. Указание температуры отпуска

Структура "мартенсит отпуска" означает, что после закалки сталь подвергалась отпуску. * **Мартенсит отпуска** - это структура, получаемая при нагреве закаленной стали (мартенсита) до температур отпуска (обычно 150-650 °C) с последующим охлаждением. * **Температура отпуска:** Для получения "мартенсита отпуска" обычно применяют **средний отпуск (350-500 °C)** или **высокий отпуск (500-650 °C)**. * Средний отпуск приводит к образованию троостита отпуска или сорбита отпуска, которые часто называют "мартенситом отпуска" в широком смысле. * Высокий отпуск приводит к образованию сорбита отпуска. * **Выбор температуры:** Если требуется высокая твердость, но с улучшенной вязкостью по сравнению с закаленным мартенситом, выбирают средний отпуск. Если нужна максимальная вязкость при достаточной прочности, выбирают высокий отпуск. * **Примерная температура отпуска:** Для данной задачи можно указать температуру **400-550 °C** (средний или высокий отпуск).

5. Описание превращений, которые произошли при термической обработке

Термическая обработка для получения структуры "цементит + мартенсит отпуска" включает три основных этапа: 1. **Нагрев под закалку (Аустенитизация):** * Исходная структура заэвтектоидной стали при комнатной температуре состоит из **перлита и избыточного (вторичного) цементита**. * При нагреве до температуры 800-850 °C (выше Ас1, но ниже Асm): * Перлит превращается в аустенит. * Избыточный цементит частично растворяется в аустените, но часть его остается в виде нерастворенных частиц. * В результате получается структура: **Аустенит + нерастворенный избыточный цементит**. 2. **Закалка:** * Быстрое охлаждение стали (например, в воде или масле) от температуры аустенитизации до комнатной температуры. * При этом аустенит, который не успел распасться на перлит или бейнит (благодаря высокой скорости охлаждения), претерпевает бездиффузионное превращение в **мартенсит**. * Нерастворенный избыточный цементит сохраняется. * В результате получается структура: **Мартенсит + избыточный цементит**. 3. **Отпуск:** * Нагрев закаленной стали до температуры 400-550 °C и выдержка, затем охлаждение. * При отпуске мартенсит распадается, выделяя дисперсные частицы цементита из пересыщенного твердого раствора. Происходит перераспределение углерода и снятие внутренних напряжений. * В результате мартенсит превращается в **мартенсит отпуска** (троостит отпуска или сорбит отпуска). Избыточный цементит остается. * Конечная структура: **Цементит + мартенсит отпуска**.