Тел. ОАО «Охрана Прогресс» Установка Видеонаблюдения, Охранной и Пожарной сигнализации. Звоните! Приедем быстро! Установим качественно! + гарантия 5 лет. |
||
Установка технических средств охраны. Тел. . Звоните! Главная Свойства легированного феррита 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 Упрочнение а-твердого раствора при легировании может быть просуммировано по уравнению (5): если известны коэффициенты упрочнения феррита отдельными легирующими элементами (ki) и их концентрация в феррите (С,-). Значения ki приведены в гл. IV, п. 4. Установление значений d затруднено, так как они могут отличаться от концентрации легирующего элемента в стали. В феррито-перлитных сталях свойства легированного феррита существенно предопределяют уровень их механических свойств. Можно приблизительно считать, что такие некарбидообразующие элементы, как Si, Ni, Р, целиком входят в состав феррита. Медь мало растворима в феррите и образует самостоятельную фазу. В феррите горячекатаных сталей (нормализованных), как показывают опытные данные, обычно растворено -0,01-0,02% (Сн-N). Остальное количество углерода и азота связано в цементит и специальные карбиды и нитриды. Из числа карбидообразующих элементов (Мп, Сг, Мо, Nb, V, Ti) практически целиком связаны в специальные карбиды Nb, V и Ti. Нитридообразую-щий элемент А1 обычно полностью связан в нитриды и неметаллические включения. Молибден и хром входят в состав карбидной фазы и частично растворены в феррите. Относительно слабый карбидообразующий элемент марганец самостоятельных карбидов в стали не образует и фактически целиком растворен в феррите. Следовательно, в низколегированных феррито-перлитных сталях Мп, Si, Ni и Р целиком растворены в феррите, V, Nb, Ti и Al полностью входят в состав карбонитридной фазы, а Сг и Мо распределены между ферритом и карбидами. Учитывая невысокую концентрацию Сг и Мо в низколегированных сталях и малые значения их коэффициентов упрочнения, влиянием этих элементов на прочность феррита можно пренебречь. Таким образом, основными легирующими элементами, определяющими твердорастворное упрочнение феррито-перлитных сталей, являются Мп, Si, Ni и Р. Упрочнение за счет перлита Аоп определяется содержанием перлитной составляющей в структуре стали и ее дисперсностью, т. е. зависит от состава стали, устойчивости переохлажденного аустенита и скорости охлаждения из аустенитного состояния. Легирующие элементы (Мп, Сг, Ni, Мо и др.) увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита, вследствие чего при охлаждении после горячей прокатки (или в процессе нормализации) будут образовываться более низкотемпературные продукты распада аустенита. Как правило феррито-перлитная структура стали сохраняется, но в ней несколько увеличивается количество перлитной составляющей вследствие образования псевдоперлита (перлит с содержанием углерода меньше эвтектоидного). В ряде сталей возможно образование продуктов распада по верхней части промежуточной области. Сильные карби-дообразователи (Nb, V, Ti и др.) будут повышать устойчивость аустенита, если они растворены в аустените, в том случае, когда эти элементы связаны с карбонитридной фазой, устойчивость аустенита будет уменьшаться вследствие их зародышевого влияния на распад аустенита и связывания части углерода в специальные карбиды. Последнее при--ведет к некоторому уменьшению количества перлита в структуре стали. Однако основным элементом, определяющим количество перлита, является углерод. Вклад перлитной составляющей в предел текучести стали с ферритной основой учитывают путем умножения эмпирического коэффициента на процент перлита. Для низколегированных сталей справедлива формула: Aff = 2,4Я, (26) где Я - перлитная составляющая в объеме стали, %г 2,4- эмпирический коэффициент, его размерность - МПа/%П. Деформационное упрочнение Дод, или упрочнение в результате повышения плотности дислокаций, как известно, определяется зависимостью Аод - amGbp\ (27) где а - коэффициент, зависящий от характера взаимодействия дислокаций при деформационном упрочнении: т - ориентационный множитель. Для а-железа т=2,75, а произведение am л; 0,5- G модуль сдвига железа (G=84000 МПа); 6 - вектор Бюр-герса железа (6 = 0,25 нм); р - плотность дислокаций. Значения Аод становятся существенными при р>10°см-2 (А(Тд> >100 МПа), т.е. когда сталь заметно наклепана в результате закалки или холодной деформации или когда не полностью прошли процессы рекристаллизации после горячей пластической деформации. В феррито-перлитных горячекатаных (нормализованных) сталях значения р = 108-10 см-, при этом Аад= 10-30 МПа, т.е. невелико и им можно пренебречь. ![]() Рис. 71. Схема взаимодей-г ствия дислокаций с дис персиыми частицами по ie--хаиизму Ороваиа: а - прогиб дислокацнониой! линии между частицами; б - дислокационные петли вокруг частиц Дисперсионное упрочнение Аод.у, или упрочнение дисперсными частицами карбидов и нитридов в стали, описывается механизмом Орована. Согласно этой модели, дислокации при движении будут удерживаться на частицах до тех пор, пока прилагаемое напряжение не будет достаточным для того, чтобы линия дислокаций изогнулась и прошла между частицами, оставив около них дислокационную петлю. Отдельные стадии этого процесса представлены на рис. 71, а взаимодействия, дислокаций с выделениями кар- ![]() Рис. 72. Взаимодействие дислокаций с карбидными частицами в стали, Х20(Ю0 бидов - на рис. 72. Упрочнение по Оровану определяется уравнением Д(Тд.у = 0,85т {0Ы2лЦ Ф 1п {ШЩ, (28) где т, G, 6 -те же параметры, что и в уравнении (27); X - среднее расстояние между центрами частиц: Ф - коэффициент, характеризующий тип взаимодействующих с частицами дислокаций. Для винтовой дислокации Ф=1; для краевой ф=(1-v)- (v - коэффициент Пуассона, для ста- ли v=0,33), для смешанной Ф=- 1 --, длястали Ф=1,25; 0,85 - статистический коэффициент. Анализ уравнения (28) показывает, что дисперсионное упрочнение зависит лишь от расстояния между частицами К, так как все остальные параметры для всех сталей с фер-ритной основой постоянны (т=2,75; G = 84000 МПа; Ь = = 0,25 нм; Ф=1,25). После подстановки этих значений в уравнение (28) оно принимает вид, удобный для оценки дисперсионного упрочнения сталей: Аад.у = (9,8.103А) 2?, (МПа при К в нм), (29) Концентрация дисперсных частиц в стали обычно характеризуется объемной долей /, которая связана со средним диаметром частиц D и межчастичным расстоянием к соотношением: f = (n/6){D/Xy. (30) Отсюда межчастичное расстояние, определяющее дисперсионное упрочнение: %D{nlbff\ (31) Подстановка выражения (31) в (29) позволяет определить дисперсионное упрочнение сталей в зависимости от объемной доли и размера частиц, МПа А(Тд.у = 13-Ю /./2 1/2/ (32) выражено в нм, f - доля. В формулах (28), (29) и (32) не фигурируют параметры, характеризующие свойства частиц карбонитридов, т. е. на первый взгляд природа частиц упрочняющей фазы не влияет на свойства стали, а все определяется концентрацией и размером частиц упрочняющей фазы. В действительности параметры X и Z) непосредственно зависят от природы выделяющейся фазы, режима термической обработки и содержания легирующего элемента в стали. Так, при одинаковом содержании в низколегированных сталях Nb, V и Ti их объемная доля близка, но размер частиц карбида NbC будет минимальным, а карбида TiC - максимальным. Поэтому параметр Л будет возрастать от стали с ниобием к стали с ванадием и затем к стали с титаном, а упрочнение, согласно уравнениям (28) и (29), будет уменьшаться в той же последовательности. В этом примере природа упрочняющей фазы проявилась в размере частиц упрочняющей фазы и связанным с ней значением межчастичного расстояния, являющегося главным фактором упрочнения. Зависимость дисперсионного упрочнения стали от взаимосвязанных между собой параметров I, D и f может быть изображена номограммой (рис. 73). Верхняя часть номограммы построена по уравнению (29), а нижняя - по уравнению (30). Номограмма позволяет определить дисперсионное упрочнение при известных Х и Z) или f и D. Обычно f, D и X могут быть определены методами количественной (стереометрической) металлографии. Дисперсионное упрочнение низколегированных строительных сталей наблюдается при легировании стали Nb, V, Ti, Al, N, образующими в стали дисперсные карбиды, нитриды и карбонитриды этих элементов: NbC, NbN, Nb(C, N); VC, VN, V(C, N); TiC, TIN, Ti(C, N), AIN, a также их комплексные соединения типа (V, Nb)C; (V, Nb)N, (V, Nb) (С, N) и т. п. Абд.у,МПа ![]() SO 60 80 100 ZOO 300 500 WO 1000 2000 3000 5000 7000 A,HM ![]() 100 200 300 400500 700 1000 ZOOO 3000 5000 7000 10000 X.HM Рис. 73. Номограмма для определения дисперсионного упрочнения стали ДОд.у по даввыи о межчастичиом расстоянии К диаметру D и объемной доле f упрочняющих фаз: д -графическое изображение уравнения (29); б -то же, уравнения (30) 136 Зернограничное упрочнение определяется размером действительного зерна феррита d: Aa, = Kydr \ (33) Для феррито-перлитных низкоуглеродистых сталей значение Ку находится в пределах 0,57-0,73 МПа-у (1,8-2,3 кг/ммЗ/2). A6j,Mna Балл зерна а 10 12 Ки-0,75,0,70 - -0,66 0,57 0 2 4
100 50 Z0 10 8 765 4 ФЮми ,J 4 d-\Mt:\ 1 0.8 0.6 0,4 0.3 0,2 I I II I a-10 ,m J-1-! I 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 0 мм Рнс. 74. Ноиограииа для определения зервограввчного упрочнения ДОд по диаметру зерна d прн разных значениях Ду. На рис. 74 приведена графическая зависимость зерно- граничного упрочнения от размеров зерна феррита для разных значений Ку в указанных пределах. Размер зерна феррита зависит от размера аустенитного зерна и наличия дисперсных карбоннтрндных фаз (см. гл. VHI, п. 3). В Ста--лях с карбидо- и нитридообразующими элементами при пе- Установим охранное оборудование. Тел. . Звоните! |