Константин Ефанов - Механизмы неорганических реакций выплавки чугуна и стали

Структура только из феррита установлена только для случая технически чистого железа [7,с.117]. Феррит имеет низкую прочность и высокую пластичность. Цементит имеет высокую твердость и хрупкость. Структурно свободный цементит установлен только для малоуглеродистых сталей, вместе с тем, в структуре стали цементит виден при высоком содержании углерода. Перлит является смесью фаз феррита и цементита. Аустенит является твердым раствором углерода в железе, характеризуется пластичностью.

Структура кристаллической решетки стали определяется химическим составом сплава и термической обработкой.

Термическая обработка предназначена для изменения структуры сплава (полиморфные превращения, ограниченная растворимость в твердом компоненте другого компонента сплава).

В результате полиморфного превращения α-железа в γ-железо, ограниченного интервалом между критическими точками А 1и А 3на диаграмме, происходит перекристаллизация стали (при нагреве и контролируемом медленном охлаждении).

При перекристаллизации образуются новая зернистая структура стали. Механизм образования зерен по данным [7,с.118] состоит в появлении центров кристаллизации и их роста диффузионным путем. На число центров кристаллизации влияют:

– отношение температур нагрева/охлаждения стали и полиморфного превращения,

– наличие примесей, влияющих на образование центров кристаллизации,

– пластические деформации стали, в результате которых металл течет,

– рекристаллизация.

Раствором внедрения углерода в объемно-центрированной кубической решетки α- и δ-железа является α- и δ- феррит .

Раствором внедрения углерода в гранецентрированной решетке γ-железе является аустенит .

__

Мартенсит при отпуске стали переходит в смесь цементита и феррита.

Структура α-феррита:

Сравнивая структуру феррита со структурами α-железа и цементита, делаем вывод, что структура феррита соответствует структуре, получаемой из α-железа введением углерода или из цементита Fe 3C удалением углерода и перестройкой решетки. Эти превращения происходят при выпплавки стали из чугуна.

Структура аустенита [9,с.146]:

Аустенит является раствором внедрения в γ-железо и соответствует структуре α-феррита после превращения при нагреве.

При закалке стали образуется структура мартенсита. Мартенсит является пересыщенным искаженным раствором углерода в α-железе, имеет структуру объемно-центрированной решетки. Мартенсит имеет игольчатую форму , высокую твердость, низкую пластичность и вязкость.

Структура мартенсита:

Мартенсит относится к неравновесной структуре стали, так как предельная растворимость углерода в α-железе превышается. Приведем получение мартенсита. При закалке (резком охлаждении) аустенит превращается в феррит при низких температурах и выход атомов углерода из решетки полученного феррита исключается. Образуется тетрагональная (не кубическая) объемно-центрированная решетка [7,с.120]. При нагреве мартенсита, углерод выходит из решетки и решетка приобретает кубическую структуру феррита. Вышедший углерод образует цементитные частицы, то есть образуется равновесная ферритно-цементитная смесь.

В научных целях на монокристаллах железа исследовалось влияние степени совершенства структуры железа на его свойства [25,c.223].

В разработке и создании новой техники монокристаллы позволяют получать детали с повышенными механическими характеристиками. Например, лопатки для авиационного двигателя [26].

Важным применение монокристаллической структуры в перспективе видится применение в изготовлении химических, нефтяных и газовых сосудов и аппаратов под давлением. По двум причинам как минимум:

1) исключение пространства между зернами повысит прочность металлического материала (листового материала, отливки и др.), а за счет этого снизится металлоемкость аппарата и повысится его безопасность (технологические установки являются опасными производственными объектами);

2) важной проблемой в нефтяном аппаратостроении является защита от межкристаллитной коррозии (МКК). Обычно защиту выполняют применением биметаллического листа со слоем 12Х18Н10Т или выполнением наплавки;