ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Упрочнение железоуглеродистых сплавов из "Долговечность двигателей Издание 2 " В процессе холодной пластической деформации и при фазовых превращениях наблюдается наклеп железоуглеродистых сплавов. Упрочнение стали при закалке в отличие от механического обычно называют фазовым наклепом. [c.40] Сопоставление структурных изменений, происшедших в процессе закалки и в процессе пластической деформации легированного железа, приводит к заключению о сходстве механических состояний кристаллитов а-железа. [c.40] В обоих случаях физико-механическое состояние тела характеризуется наличием внутренних остаточных напряжений малыми размерами когерентных областей (мозаичных блоков) относительно отожженного состояния искажением решетки. Основное различие состоит в интенсивности локальных искажений решетки. В закаленных образцах локальные искажения практически не обнаруживаются и, по-видимому, имеют весьма малую величину. [c.40] Стали разных марок подвергаются закалке для повышения сопротивления пластическому деформированию. Основными причинами высокого сопротивления закаленных сталей являются высокая степень фазового наклепа, вызванного превращением аустенита в мартенсит, высокая твердость самих кристаллов мартенсита и наличие дисперсных частиц карбидной фазы, возникших в результате распада пересыщенного твердого раствора. [c.40] В процессе трения можно ожидать повышения упрочнения поверхностного слоя сталей как за счет деформирования, так и за счет дальнейшего распада твердого раствора при повышении температуры до температуры низкого отпуска. [c.40] Рентгенографические исследования структуры закаленной стали позволили сделать выводы о некоторых механических свойствах кристаллов мартенсита. Кристаллы мартенсита, построенные из атомов железа и углерода, упруго деформированы внешними силами, возникающими при перемещении материала в микрообластях во время превращений. В закаленной стали с содержанием углерода 0,2—0,6% кристаллы мартенсита являются частично распавшимся твердым раствором. В кристаллах мартенсита создаются значительные статические искажения, вследствие отклонения атомов от идеального положения в решетке, вызванного распределением в ней атомов углерода. [c.41] Выше отмечалось, что искажения П рода не играют существенной роли в упрочнении стали. Искажения И рода характеризуют кристаллов мартенсита, увеличения содержания в растворе возрастает деформация кристаллов мартенсита и, следовательно, тем больше возрастают значения искажений И рода. Искажения П рода характеризуют предел упругой деформации кристалла мартенсита. С увеличением содержания углерода в закаленной стали повышение твердости вызывается различием в свойствах кристаллов мартенсита, а не различием в микро- и субмикроструктуре. Величина искажений И рода является своеобразной мерой предела упругой деформации кристалла. Такое представление подтверждается существованием прямой зависимости не только между величиной искажений И рода Аа/а) и твердостью упрочненного металла (рис. 23), но и между значением Ла/а и твердостью отожженного сплава. Таким образом, абсолютное значение твердости упрочненных сплавов зависит не только от возникновения тонкой кристаллической структуры зерна, но и от свойств кристаллов в отожженном состоянии. Свойства кристаллов вещества в микрообъемах определяются силами и характером междуатомной связи и типом упаковки атомов. [c.41] Упрочнение металла зависит преимущественно от возникновения и распространения дислокаций. Распространение дислокаций связано с дроблением монокристаллов на более мелкие моно-кристаллические области. Я. Н. Френкель отмечает, что больше упрочнение технических сплавов несомненно зависит от распада на взаимно блокирующие друг друга фазы в процессе пластической деформации. [c.42] С увеличением содержания углерода увеличивается количество нарушений правильности строения решетки, увеличивается число атомов, одновременно участвующих в сопротивлении деформированию, в результате чего повышается эффективное сопротивление всего кристалла, так как более полно используются силы между-атомных связей. Измельчение структуры приводит к увеличению одновременно участвующих атомов в противодействии внешним силам. [c.42] Дальнейшее увеличение прочности стали достигается путем повышения свойств кристаллов в микрообъемах. Одним из способов повышения свойств кристаллов является легирование. При легировании повышается прочность сплава за счет более эффективного использования междуатомных связей (например, мартен-ситные стали) и за счет повышения самой прочности междуатомных связей (например, при легировании железа хромом). Предел упругой деформации кристаллов мартенсита при содержании углерода 0,1% составляет (2,5 3) 10 , а при 1,4% углерода — 8-10 . Введение хрома приводит к значительному усилению связей в кристаллах феррита. [c.42] Разного рода примеси сильно влияют на упрочнение металлов. Особенно сильное влияние на упрочнение металлов оказывают металлические примеси таких веществ, которые плохо растворяются при данной температуре и которые при своей кристаллизации образуют, новые фазы, блокирующие кристаллические зерна основного металла. Так, железо с 0,09% углерода, легированное кобальтом (2%), молибденом (2%) и марганцем (1,5%), имеет повышенный модуль сдвига по сравнению с железом. Модуль сдвига при температуре около 300° С начинает сильно уменьшаться для железа и железа, легированного кобальтом и марганцем, а для железа с присадкой молибдена его падение задерживается до 480° С. Добавка вольфрама замедляет снижение твердости сплава до температуры 500° С. Введение в железо легирующих элементов приводит к возникновению концентрационных неоднородностей субмикроскопических масштабов, повышающих предел упругой деформации микрообластей. [c.42] Стали аустенитного класса обладают большой чувствительностью к наклепу. В этих сталях под влиянием пластической деформации и температуры процесс превращения аустенита в мартенсит и другие промежуточные структуры ускоряется, в результате чего повышается упрочнение, которое значительно усиливается за счет создания тонкой субмикронеоднородности структуры внутри кристаллов мартенсита, вызванной распадом твердого раствора. [c.43] Износостойкость стали определяется прежде всего механизмом образования той или иной структуры, в свою очередь зависящим от условий трения (температурного режима, деформирующего усилия, скорости деформации и условий теплоотдачи). [c.43] Износостойкость деталей зависит от физико-механических свойств сплава поверхностных слоев. Пластические деформации и температурные градиенты в тонких слоях металла способствуют образованию метастабильных фаз, отличных от получаемых при обычной термической обработке. По степени раздробления блоков и по величине искажений П рода можно судить о степени деформации металла, подвергнутого трению. [c.43] Таким образом, упрочнение металлов и сплавов в процессе холодной пластической деформации и в результате мартенситных превращений связано с раздроблением зерна на фрагменты и с образованием субмикроскопических областей внутри фрагментов. [c.43] Уровень прочности упрочненных металлов определяется также свойствами кристаллов, составляющих сплав. Показателями, характеризующими свойства кристаллов под нагрузкой, является предел текучести отожженного металла и величина искажений И рода, возникающих при пластическом деформировании или в результате мартенситных превращений. [c.43] Так как разрушение металлов вызывается неравномерным пространственным распространением энергии, то для повышения прочности металла необходимо создавать равномерное распределение микро- и субмикроскопической неоднородности строения по объему путем термической и механической обработки. [c.43] Степень раздробленности структуры при холодной пластической деформации ограничивается возможностью разрушения металла и прежде всего легкостью образования элементарных трещин и их развития. [c.43] Вернуться к основной статье