Насыщения аустенита

Выделяющийся атомарный углерод и азот диффундируют в железо. При указанных высоких температурах потерхность детали в большей степени насыщается углеродом (до 0,8—1,2 %) и в меньшей — азотом (0,2—0,3 %). Строение планированного слоя аналогично цементованному. После высокотемпературного цианирования детали охлаждают па воздухе, а затем для измельчения зерна закаливают с нагревом в соляной ванне или печи и подвергают низкотемпературному отпуску.

Хотя различия условий эксперимента, подобные описанным выше, затрудняют сравнение результатов, можно провести некоторые интересные сопоставления данных о скорости реакции карбида кремния с нелегированным титаном. На рис. 20 приведены результаты цитированных выше работ [2, 20, 35], причем использованы средние значения констант скорости. Повторный анализ данных Ашдауна [2] показывает, что при температуре 923 К среднее из двух измерений константы скорости равно 1,3-10~7 см/с1/2. Зта величина хорошо согласуется с результатом работы [20], где получено значение 1,ЫО~7 см/с1/*. На рис. 20 видно, что при низких температурах хорошо согласуются данные работ [2] и [20], а при более высоких — работ [2] и [35]. Согласие результатов при высоких температурах обусловлено, видимо, одинаковыми условиями проведения опытов, поскольку в обеих работах [2, 35] количество титана по отношению к карбиду кремния было велико и насыщение матрицы углеродом маловероятно. Как только матрица насыщается углеродом, скорость реакции увеличивается, поскольку углерод из карбида кремния больше не растворяется в матрице, а образует фазу, которая увеличивает толщину слоя продуктов реакции. Хотя найденная из наклона прямой на рис. 19 при 1473 К константа скорости реакции SiC с насыщенным углеродом титаном равна 110-Ю-7 см/с1/2, можно предположить, что в начальный период (до первой экспериментальной точки на этой

Эти реакции приводят к угару всех элементов металла, упругость диссоциации окислов которых ниже упругости диссоциации FeO. Элементы с более высокой, чем у FeO, упругостью диссоциации окислов (медь и никель) не выгорают. С повышением температуры создаются более благоприятные условия для выгорания углерода, но одновременно металл насыщается углеродом, растворяя его из топлива. В конечном итоге насыщение металла углеродом всегда опережает его обезуглероживание.

Кристаллизация эвтектики при снижении температуры без прекращения скольжения образцов не приводила к катастрофическому росту коэффициента трения и свариванию образцов, как этого можно было ожидать, а трение устанавливалось на новом, более высоком уровне. Происходило оно уже не между железом и графитом, а между железом и сплавом железа с графитом, имеющим приблизительно эвтектический состав. Железо, находящееся в контакте с эвтектическим сплавом, утрачивает первоначальный состав (насыщается углеродом), так как диффузионные процессы в случае эвтектического плавления проходят с очень большой скоростью. На образце графита после испытания на трение в паре с железом ясно виден слои чугуна эвтектического состава.

Выделяющийся атомарный углерод и азот диффундируют в железо. При указанных высоких температурах сталь с поверхности в большей степени насыщается углеродом (до 0,8—1,2 %) и в меньшей — азотом (0,2—0,3 %). Строение цианированного слоя аналогично цементованному. После высокотемпературного цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем для измельчения зерна закаливают с нагревом в соляной ванне или печи и подвергают низкотемпературному отпуску.

Сталь насыщается углеродом на глубину

В расплаве смесей: 70 % KCNO + 30 % К2СО8 или 55 % СО (NH2)2 (мочевины) и 45 % К2СО3 или Na2CO3 при 560—580 °С 5—30 мин. Поверхность насыщается углеродом и азотом

В расплаве солей NaCN (KCN) при 560—580 °С в течение 5— 30 мин. Поверхность насыщается углеродом и азотом. Соли ядовиты

В ваннах для жидкого цианирования с добавлением 2 % K2S или 25 % Na2SO4 и 5 % Na2S2O3. Поверхность насыщается углеродом, азотом и серой

Капли железоуглеродистого расплава сливаются в струйки и стекают в горн печи. При движении вниз металл контактирует с кусками раскаленного кокса и путем прямого растворения углерода 3Fe-f C = Fe3C дополнительно науглероживается. Благодаря науглероживанию в жидком состоянии концентрация углерода в металле повышается до 3,5—4,5 %. Конечное содержание углерода в чугуне будет определяться следующими факторами: 1) химическим составом металла, т. е. содержанием в нем кремния, марганца и других элементов, влияющих на растворимость углерода в железе; 2) температурой нагрева чугуна; 3) длительностью пребывания чугуна в нижней части печи. Чугун тем больше насыщается углеродом, чем дольше он находится в контакг те с раскаленным коксом и чем выше его температура. Высокий нагрев увеличивает растворимость углерода в железе. После выпуска чугуна из печи и некоторого его охлаждения углерод выделяется из сплава в виде твердого чешуйчатого графита или спели, которая при хранении чугуна в ковше или в миксере всплывает на поверхность. Кроме углерода, в железо переходят фосфор, кремний, марганец, сера. Содержание углерода в литейном чугуне составляет ~4,0 %, а в передельном 4,5 %.

Структура слитка кипящей стали в продольном направлении представлена на рис. 109. При соприкосновении стали со стенками изложницы образуется тонкая плотная корочка без пузырей /. Образующиеся при этом пузыри СО быстро удаляются в жидкий металл, толщина корочки 3—40 мм. Далее располагается зона сотовых пузырей 2, образующаяся в условиях роста дендритных кристаллов стали, главные оси которых направлены перпендикулярно к стенкам изложницы. Выделяющиеся при кипении стали пузыри СО растут между осями дендритов. Часть их успевает всплыть, а те, которые зародились тогда, когда уже в жидкой стали проросли дендриты, остаются зажатыми между осями дендритов, приобретая вытянутую форму от поверхности слитка к центру. Зона сотовых пузырей имеет высоту до 2/3 высоты слитка. В верхней части слитка сотовых пузырей нет, так как здесь газы успевают выделиться из металла. Кипение стали в изложнице искусственно прерывают, накрывая изложницу массивной крышкой или добавляя в головную часть раскисли-тели, которые подавляют кипение и облегчают быстрое образование слоя твердого металла. Верх слитка «замораживается», давление внутри слитка возрастает и выделение пузырей СО прекращается, образуется зона плотного металла 3. Жидкий металл насыщается углеродом и кислородом, и, несмотря на более трудные условия, начинается выделение вторичных пузырей СО. Поскольку эти пузыри не могут подниматься вверх, они приобретают округлую сферическую форму 4. Такие же пузыри возникают и в центральной части слитка 5. В верхней части слитка вследствие повышенной загрязненности металла и всплывания пузырей образуется зона их скопления — головная рыхлость 6. Усадочная раковина в слитке кипящей стали не образуется. Ее объем распределяется по многочисленным газовым пузырям. В слитках кипящей стали благодаря перемешиванию металла поднимающимися пузырями СО не образуются крупные столбчатые кристаллы, поэтому кристаллическая структура таких слитков более однородная. Важным фактором получения качественного проката из кипящей стали является толщина корочки. При прокате корочка не должна разрываться и сотовые пузыри не должны открываться наружу, так как при этом окисляется их внутренняя поверхность. Окисленные поверхности пузырей не свариваются при прокатке и эту часть металла бракуют. Для увеличения толщины корочки сталь дополнительно окисляют либо перед разливкой, либо во время разливки, добавляя в изложницу материалы, насыщающие сталь кислородом. При этом начальная стадия кипения получается более бурной — корочка становится более толстой.

Рассмотрим превращения в условиях переохлаждения. Линия SE диаграммы железо—углерод указывает границу предельного насыщения аустенита цементитом; значит, цементит может выделяться из аустенита лишь правее линии SE и, очевидно, правее продолжения этой линии вниз в области переохлажденного аустенита. Аналогичное значение имеет и продолжение линии GS как границы предельного насыщения переохлажденного аустенита ферритом.

Из этой диаграммы видно, что закалка с относительно низкой температуры, например 1100°С, дает малую степень насыщения аустенита вольфрамом (ниже 3%).

При цементации стали атомы углерода диффундируют в решетку у-железа. По достижении предела насыщения аустенита углеродом, определяемого линией SE на диаграмме Fe — Ке;1С (см. рис. 75), на поверхности может образоваться сплошной слой цементита

Второй вариант прочностного азотирования основывается на выдержке выше эвтектоидной температуры. В начале азотирования образуется азотистый феррит с насыщением. Дальнейшее повышение содержания N в поверхностном слое вызывает образование азотистого аустенита. После насыщения аустенита образуется v'-нитрид, а затем е-нитрид.

Растворимость карбидов в зависимости от температуры закалки и насыщения аустенита (после закалки мартенсита) легирующими элементами подтверждается фиг. ИЗ.

Детали, имеющие в структуре повышенное количество феррита, требуют более продолжительной выдержки для более полного насыщения аустенита углеродом. Недостаточно длительная выдержка приводит к неполной закалке (рис. 21), неоднородной структуре и твердости. Излишне длительная выдержка способствует окислению отливок и не оказывает положительного влияния на повышение твердости чугуна (табл. 11).

При закалке ферритного чугуна необходимо повышение температуры нагрева до 1050° С и удлинение выдержки для насыщения аустенита углеродом.

t — температура цементации; А — аусте-ннт; Ф — феррит; M3C(Fe3C) — карбид; С к С, — предел насыщения аустенита угле-:'дом для сплавов Fe—С и сталей типа ¦¦ ГТ

по объемному эффекту графитизации. С этой целью образцы полностью графитизированной стали выдерживались при 800° С в течение трех часов для насыщения аустенита. После этого часть образцов закаливалась в воде, а другая — охлаждалась в воздухе. Затем все образцы отжигались при 680° С. В процессе отжига контролировались объемные изменения (рис. 49).

туры нагрева растворимость углерода в аустените увеличивается, вследствие чего при растворении графита образуется больше пор. Поэтому с повышением верхней температуры цикла склонность к росту объема чугуна и стали увеличивается. Это увеличение роста объема наблюдали при термоциклировании с прогрессивным повышением температуры нагрева чугуна с шаровидным графитом и охлаждением до комнатной температуры (рис. 50, б). Как и ранее, влияние числа графитных включений при указанных режимах циклической термообработки связано с развитием графитизации. Сведения о влиянии различных видов термической обработки на содержание углерода в основе чугуна приведены в табл. 4, из которой видно, что выдержка при верхних температурах была достаточной для насыщения аустенита углеродом. В образцах серого чугуна, характеризовавшегося крупными включениями, растворение графита проходило медленнее, чем в других, и после выдержки при 1100 и 1000° С и охлаждения в цинке содержание связанного углерода соответственно составляло 1,26 и 1,07%. Согласно приведенной в работе [305] диаграмме стабильного равновесия системы Fe — Si — С, равновесная концентрация углерода в аустените (2,65% Si) при указанных температурах составляет 1,32 и 1,07%, что близко к результатам, полученным нами.

Рассмотрим превращения в условиях переохлаждения. Линия SE диаграммы железо — углерод указывает границу предельного насыщения аустенита цементитом; значит, цементит может выделяться из аустенита лишь правее линии SE и, очевидно, правее продолжения этой линии вниз в области переохлажденного аустенита. Аналогичное значение имеет и продолжение линии GS как границы предельного насыщения переохлажденного аустенита ферритом.