Охлаждении распадается

Превращение одной аллотропической формы в другую при нагреве чистого металла сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре. На термической кривой (в координатах температура — время) превращение отмечается горизонтальным участком (рис. 37). При охлаждении происходит выделение тепла (выделение скрытой теплоты превращения) теоретически при такой же температуре, что и при нагреве, но практически при несколько более низкой вследствие переохлаждения.

Таким является сплав /Сь кривая охлаждения которого показана на правой части рис. 138. Начало кристаллизации этого сплава (К.\) определяется точкой /, лежащей на линии ликвидус. При последующем охлаждении происходит выделение кристаллов аустенита переменного состава, концентрация которых определяется линией солидус, тогда как жидкость имеет концентрацию в соответствии с положением линии ликвидус.

Сплав концентрации Ki, содержащий углерода меньше 0,01%, при температуре порядка 1000°С имеет структуру аустенита. При нормальной температуре железо существует в форме а, следовательно, при охлаждении происходит -у-^сс-превраще-ние или превращение аустенита в феррит. Для чистого, совершенно безуглеродистого сплава это превращение произошло бы при постоянной температуре в точке G (911°С). Для сплава концентрации К\ превращение происходит в интервале температур от точки / до точки 2. На кривой охлаждения это прев-

При нагреве закаленной быстрорежущей стали до 500— 550°С никаких существенных изменений не происходит; нагрев же до более высокой температуры (560—600°С) вызывает выделение из него карбидов, и при последующем охлаждении происходит превращение его в мартенсит. Правда, это превращение идет не до конца, но если операцию отпуска при 560— 580°С повторить несколько раз, то может быть достигнуто пол-

Эмали имеют небольшой предел прочности при растяжении (55—98 Мн/м2). Однако прочность эмалевого покрытия резко возрастает с уменьшением его толщины. Эмаль имеет большой коэффициент объемного расширения (260—300-Ю'7), вследствие чего при ее нагревании и охлаждении происходит резкое изменение объема, являющееся причиной возникновения напряжений. Довольно большой модуль упругости эмали (47 000— (53000 Мн/м2) также не благоприятствует ее термической стойкости. Величины сопротивления растяжению, модуля упругости,, теплоемкости и плотности сравнительно мало изменяются с изменением состава эмали. Поэтому судить о термостойкости эмали можно по коэффициенту термического расширения металла: чем он меньше, тем больше термическая стойкость эмалированного аппарата.

возникла разность свободных энергий между исходной и образующейся, новой, модификациями. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Полиморфное превращение по своему механизму кристаллизационный процесс и осуществляется путем образования зародышей и последующего их роста. Образование зародышей идет с соблюдением принципа структурного и размерного соответствия. Рост зерен новой фазы, например, а (при охлаждении) происходит путем неупорядоченных, взаимно не связанных переходов отдельных атомов (группы атомов) через межфазную pVa границу. В результате граница зерен a-фазы передвигается в сторону ис-ходных р-зерен, «поедая» их. Такой рост новой фазы может иметь место только при высоких температурах 1. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллитов или в зонах с повышенным уровнем свободной энергии. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации. и h.e

Затем отливки охлаждают до температур, соответствующих интервалу эвтектоидного превращения. При охлаждении происходит выделение из аустеипга вторичного цементита, его распад и в итоге рост графитных включений При достижении эвтектоидного интерпала темпратур охлаждение резко замедляют или дают длительную выдержку при температуре несколько ниже этого интервала. В этот период протекает стадия II графитизации: распад эустенита с образованием феррито графитной структуры или распад цементита, входящего в состав перлита, с образованием феррита и графита (в процессе выдержки ниже эвгекгоидной температуры) После окончания стадии II графитизации структура чугуна состоит из феррита и хлопьевидного графита.

При нагреве неустойчивое химическое соединение А„ВОТ распадается на LD и кристаллы В, а при охлаждении происходит обратная реакция

Структура и свойства сталей мартенситного класса зависят от содержания С и Сг. Так, стали с низким содержанием С (<0,10%) и Q повышенным содержанием Сг (>15%) являются ферритными и не закаляются, поскольку не протекает превращение у+*а,. Стали с содержанием С<10% и Сг<15% при нагреве приобретают структуру аусте-нита, а при охлаждении происходит превращение y-xi с образованием мартенсита. Химический состав и назначение мартенситных ста~ лей приведены в табл. 15.1.

Термодинамика полиморфного превращения. Термодинамический анализ основан на рассмотрении изменений свободной энергии в зависимости от температуры и состава (рис. 13.2). Полиморфное превращение в сплаве Со при охлаждении происходит в интервале температур гу—т\. Свободная энергия фаз а и Y Са и Fy соответственно) в системе твердых растворов А (В) зависит от состава и описывается кривой с минимумом. При понижении температуры Fa и FY повышаются, а их минимумы смещаются по оси концентраций В При температурах ТА и ниже Fa и fT пересекаются друг с другом. Общие касательные к кривым Fa и FT определяют концентрацию фаз, при которых они будут находиться в равновесии (для ex-фазы линия А'В'\ для 7-фазы линия А'В"). Точки на касательных, соответствующие Со (k, /ил), определяют свободную энергию смеси равновесных фаз Fa + r

Эти процессы наглядно изображаются в di'-диаграмме. Например, в процессе сушки материалов воздух предварительно нагревается в специальном устройстве — калорифере. Так как в процессе нагревания влажного воздуха его влагосодержание остается постоянным (d=const), то процесс нагревания на cfi-диаграмме изображается вертикальной прямой А — В (рис. 8.3). Процесс охлаждения воздуха С — D происходит также при постоянном влагосо-держании. В точке D воздух становится насыщенным (ф=100%), и при дальнейшем его охлаждении происходит конденсация паров воды, которая приводит к уменьшению его влагосодержания.

В случае азотирования при температуре выше эвтектоидной, например 650°С, слой при этой температуре состоит из следующих фаз: e+Y'+Y+a; структура же после охлаждения претерпевает изменения, у-фаза (азотистый аустенит) при медленном охлаждении распадается на эвтектоид (так называемый браунит):

неустойчив и при охлаждении распадается на Сг3С2 + С.

При содержании 0,55% Са отмечено появление дендритной •структуры Эвтектоид очень тонкого строения. Каждое зерно аусте-нита при охлаждении распадается на несколько зерен эвтектоида. Вторичного цементита очень мало. Эвтектика тонкого строения; .имеются отдельные участки структурно-свободного цементита.

Сталь, нагретая выше Аса, имеет структуру аустенита, который при последующем медленном охлаждении распадается на перлит и избыточный феррит (при содержании углерода меньше 0,8%) или цементит (при содержании углерода больше 0,8%). По мере увеличения скорости охлаждения понижается температура, при которой происходит превращение аустенита, что приводит вначале к уменьшению количества свободного феррита (в доэвтектоид-ной стали), а затем и к полному его исчезновению. Образуется один перлит тем более тонкого строения, чем ниже температура его образования. Одновременно с изменением структуры меняются свойства: повышаются твёрдость и крепость и уменьшаются пластичность и вязкость. Так, при охлаждении стали, содержащей 0,4—0,5% С, со скоростью 1° в минуту твёрдость перлита равна 200 Нв, при скорости 60* в минуту — 230 Нв, при скорости 600° в минуту — 250-7-270 Нв и, наконец, при скорости 3000° в минуту достигает 400 Нв.

Заводом были разработаны две конструкции механизированного непрерывного шлакоудале-ния—скребковая и конвейерная, из которых вторая были внедрена в серийных котл.ах. В обеих конструкциях -шлак (жидкий или твердый) падает в ванну с водой и при быстром охлаждении распадается на мелкие зерна (обычно размером 1—2 см). Вода в ванне непрерывно обновляется, а удаление накапливающегося ягод водой гранулированного шлака осуществляется либо скребком, который -периодически перемещается вдоль ванны, либо конвейерной гусеничной лентой (рис. 8-13). В обеих конструкциях имеется дробилка 2, в которой измельчаются наиболее крупные зерна. Из дробилки (или поми-

Если процесс азотирования ведут при температуре ниже эв-тектоидной температуры (рис. 150), то азот первоначально диффундирует в а-фазу (азотистый феррит), а после достижения предела растворимости образуются нитриды Fe4N (<у'-фаза) и Ре2_8Г\т(е-фазы). При температуре насыщения азотированный слой состоит из е -*¦ ^' -»-—>- ос-фазы, а после охлаждения вследствие распада е и а-фаз {рис. 150) из в + у' ->- у' -*¦ -+ a -f ?'-фазы (рис. 151). Когда азотирование ведут при температуре выше 591 °С (рис. 150),об-разуется азотистый аустенит (<у-фаза), который при охлаждении распадается на смесь азотистого феррита (а-фаза) и нитрида Fe4N (7'-фаза). Поэтому в диффузионном слое под слоем нитридов (г и <р'-фаз) образуется слой ^р-фазы, который при охлаждении испытывает эвтектоидное превращение (рис. 151, б). Переход от одной фазы к другой сопровождается резким перепадом концентрации

зы (см. рис. 6) имеют соотношение плотности (а : г : t\) = = 1,11 : 1,05: 1,00 в ФС45 сплаве фаза е (FeSi) и ? (лебо-ит) имеет соотношение плотности 1,00:0,78; наконец, в ФС75 и ФС90 соотношение плотности кремния и лебоита составляет 0,7 : 0,39. Лебоит очень неустойчив и при медленном охлаждении распадается на Si и FeSi.

•При эвтектическом превращении однородная жидкая фаза при охлаждении распадается на две твердые фазы, а при нагревании две твердые фазы плавятся с образованием одной жидкой. В некоторых системах аналогичное превращение происходит в твердом состоянии: однофазный твердый раствор при охлаждении может распадаться на две твердые фазы в результате эвтектоидного превращения. На рис. 14 показана гипотетическая система AW, в которой кривая ликвидуса состоит из четырех ветвей АВ, ВС, CD и DW, соответственно равновесию между жидкостью и: 1) первичным твердым рас-

тали А претерпевает полиморфное превращение при температуре 'д. а металл В — при температуре t ', предполагается, что каждая полиморфная форма образует первичный твердый раствор. Диаграмма показывает, что температура полиморфного превращения металла А снижается при добавлении металла В; сплавы -в пределах области / ХУ состоят из смеси твердых растворов «j и <х2. Кривая tA У ограничивает растворимость агфазы со стороны компонента А. Кривая LMy представляет другую границу твердого раствора elf где он более богат- элементом В; часть LM кривой представляет равновесие между твердыми растворами ах и рг тогда как участок МУ представляет .равновесие между фазами л1 и ра. Кривые tAy и' МУ пересекаются в точке У, в которой гомогенный твердый раствор «i состава У претерпевает эвтектоидное превращение и при охлаждении распадается на фазы <*2 состава X и ра состава Z.

зы (см. рис. 6) имеют соотношение плотности (а:е:т]) = = 1,11 : 1,05: 1,00 в ФС45 сплаве фаза е (FeSi) и ? (лебо-ит) имеет соотношение плотности 1,00:0,78; наконец, в ФС75 и ФС90 соотношение плотности кремния и лебоита составляет 0,7 : 0,39. Лебоит очень неустойчив и при медленном охлаждении распадается на Si и FeSi.

•При эвтектическом превращении однородная жидкая фаза при охлаждении распадается на две твердые фазы, а при нагревании две твердые фазы плавятся с образованием одной жидкой. В некоторых системах аналогичное превращение происходит в твердом состоянии: однофазный твердый раствор при охлаждении может распадаться на две твердые фазы в результате эвтектоидного превращения. На рис. 14 показана гипотетическая система AW, в которой кривая ликвидуса состоит из четырех ветвей АВ, ВС, CD и DW, соответственно равновесию между жидкостью и: 1) первичным твердым рас-