Однофазную аустенитную

1. Удельный объем пара для двух-трех состояний на каждой изохоре в области, где вещество находится в однофазном состоянии. Пользуясь таблицами воды и водяного пара [13], определяют удельный объем при измеренных температуре и давлении этих состояний.

Между пограничными кривыми ниже температуры тройной точки ТХГт.т (область Т+П) вещество может существовать только в виде двухфазной смеси пара и твердого тела. При этом на пограничных кривых вещество находится в однофазном состоянии: на правой кривой — пар, палевой — твердое тело. Между критической температ/-рой ГКр и правой пограничной кривой (об-лась ПП) вещество находится в состоянии перегретого пара, при температуре выше критической T>TKf и давлении ниже критического р<ркр (область Г) — в состоч-нии газа; в' этой области оно не мож^т быть превращено в жидкость путем изотермического сжатия. При Т>Ткр и р<р.:Р (область Я) вещества условно считаются в парообразном состоянии.

Общим для всех марок стали и сплавов является стремление производить их ковку и штамповку в однофазном состоянии, обеспечивающем их большую гомогенность при минимальном образовании внутренних напряжений. В крупных слитках углеродистой и низколегированной стали составляющие сплава обычно успевают достаточно полно перейти в твердый раствор за время выдержки, необходимой для выравнивания температуры по сечению.

Из специальных бронз наибольший интерес представляют алюминиевые бронзы. Диаграмма состояний Си — А1 изображена на фиг. 38. Область твёрдого раствора а в состоянии равновесия при температуре 570° С простирается до 9,8 весовых процентов алюминия. В соответствии с данными теории алюминиевые бронзы, как кристаллизующиеся в весьма узком интервале температур, не склонны к ликвации, весьма жидкотекучи и в однофазном состоянии отлично обрабатываются давлением. С повышением содержания алюминия резко возрастает твёрдость сплава и понижается вязкость. Типичная структура литой двухфазной алюминиевой бронзы Бр А 10 покчз.'на на листе 111, 7 (см. вклейку).

Обработку сталей и сплавов нужно производить в однофазном состоянии, так как при гомогенной структуре отдельные кристаллиты претерпевают более равномерную деформацию. В случае же гетерогенной структуры деформация может быть неравномерной вследствие различных свойств кристаллитов разных фаз, что может приводить к повышению сопротивления деформации, остаточным напряжениям и понижению пластичности обрабатываемого металла. Только отдельные виды гетерогенных структур, например мелкозернистый цементит, равномерно распределённый в феррите, обладают хорошей пластичностью. Поэтому при определении температур обработки ковкой-штамповкой необходимо руководствоваться также и диаграммами состояний (табл. 13).

Обработка стали и сплавов давлением по возможности должна производиться в однофазном состоянии, так как при гомогенной структуре отдельные кристаллиты подвергаются более равномерной деформации. В случае же гетерогенной структуры деформация может быть неравномерной вследствие различных свойств кристаллитов разных фаз.

Приведенные данные показывают, что влияние элементов на графитизацию чугуна в эвтектоидном интервале отличается в ряде случаев от их влияния при эвтек-тическом превращении расплава или при однофазном состоянии металла — жидком или аустенитном (табл. 2).

Возможности циклов с рабочим телом, находящимся в однофазном состоянии, этим не исчерпаны. Цикл Карно не единственно возможный идеальный цикл. Существуют другие обратимые циклы, с термодинамической точки зрения эквивалентные циклу Карно. Таким циклом является цикл, составленный из двух изотерм и двух изохор (или двух изобар) (см. рис. 34 з). Действительно, в условиях идеального цикла оба цикла эквивалентны циклу Карно. В то же время, только один теоретический цикл— изотермо-изохорный эквивалентен идеальному, поскольку cv для ван-дер-Ваальсовых веществ — функция только температуры. Подобные циклы известны давно. Еще в 1850 г. была построена воздушная тепловая машина Стирлинга с регенераторами и позднее машина Эриксона. В 1871 г. И. А. Вышнеградский развил теорию регенеративных циклов, считая, что регенераторы предназначены «для замены адиабатических линий цикла Карно линиями постоянного давления и линиями постоянного удельного объема». Несмотря на это, в низкотемпературной технике трудности, связанные с практическим осуществлением подобных циклов были впервые преодолены только в 1954 г. при создании газовой холодильной машины «Филипс», * предназначенной

По результатам опыта можно судить о характере зависимости между температурой и давлением для различных изохор (например, построив их в диаграмме р—\t). Однако значение удельного объема для каждой из изохор неизвестно. Определить величину удельного объема можно по результатам опыта. Для этого для каждой изохоры следует использовать экспериментально зафискированные опытные состояния, достаточно удаленные от кривой насыщения, в области, где вещество находится в однофазном состоянии. Тогда, пользуясь таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара [Л. 6-5], можно определить величину удельного объема при температуре и давлении, определенных в опыте. Для большей надежности удельный объем может быть определен как среднее значение для двух-трех состояний на каждой изохоре.

Наблюдается влияние времени «старения» рабочего участка на воспроизводимость экспериментальных данных, но после нескольких часов работы в условиях кипения жидкости поверхность нагрева стабилизируется. На графиках, представленных в настоящей работе, даны некоторые характерные кривые. Кривая фиг. 2 относится к процессу кипения воды, насыщенной воздухом при 20°, в большом объеме. На фиг. 3 показаны различные кривые, характеризующие кипение .wema-терфенила в большом объеме при различных количествах растворенного в нем газа. На фиг. 4 и 5 приведены результаты опытов с терфенилом ОМ2 в условиях вынужденной конвекции. Изучение этих кривых выявило наличие трех зон, следующих за областью конвекции жидкости в однофазном состоянии. Эти три зоны соответствуют трем различным условиям кипения, обнаруженным при визуальном наблюдении процесса кипения воды.

Сплавы, содержащие более 19% Мп при 1150—1000°С и содержащие более 30,9% Мп при 850 °С, имеют однофазную аустенитную структуру. Образец с 24% Мп при 850 и 750 °С имеет трехфазную структуру а+у+е; с понижением температуры до 650 °С начинает выделяться фаза р-Mn, и он становится четырехфазным: a+y+e+p-Mn.

1150°С имеют однофазную аустенитную структуру. С понижением температуры до 1000 °С в сплавах, содержащих от 5,5 до 32,2% Мп, выделяется е-фаза, и они становятся двухфазными: у+е. Причем с повышением концентрации марганца количество е-фазы уменьшается, т. е. несколько снижается температура выделения ее.

В связи с интенсивным развитием машиностроительной промышленности потребность в сталях для работы при высоких температурах постоянно возрастает. Однако возможности использования высоколегированных хромоникелевых сталей аустенитного класса для этих целей ограничены из-за дефицитности никеля. Внимание исследователей уже длительное время привлекает проблема применения аустенитных сталей на хромомарганцевой основе в качестве жаростойкого материала. Но до настоящего времени хромомарганцевые стали не кашли широкого применения. В малоуглеродистых хромомар-ганцевых сталях нельзя получить однофазную аустенитную структуру при содержании хрома свыше 13%, что в свою очередь ограничивает возможность повышения коррозионной стойкости. Поэтому стали системы Fe—Сг—Мп, работающие при высоких температурах, необходимо дополнительно легировать аустенитообразующими элементами, позволяющими вводить повышенное количество хрома с сохранением аустенитной структуры.

Для сварки аустенитных сталей второй группы с перлитными сталями аустенитно-ферритные электроды применены быть не могут, так как в данном случае, как и в однородных соединениях аустенитных сталей (п. 4), в участках шва, примыкающих к аустенитной составляющей, будет получена однофазная аустенитная структура и в них могут образовываться кристаллизационные трещины. Поэтому для указанных сварных соединений следует применять электроды, обеспечивающие однофазную аустенитную структуру, стойкую против трещин. В настоящее время наибольшее распространение имеют электроды с повышенным содержанием молибдена на базе проволоки типа Х15Н25М6 (марок ЦТ-10, НИАТ-5). Структурное состояние наплавленного металла типа XI5Н25М6 определяется точкой D на диаграмме. Эти же электроды желательно использовать и в сварных соединениях аустенитных сталей первой группы с перлитными сталями.

Никель повышает жаростойкость даже при относительно небольших добавках (до 1,5—2,0). Однако это влияние ощутимо лишь в области относительно низких температур. Жаростойкость непрерывно повышается с ростом концентрации в них Ni. Жаростойкими при 1220 К являются чу-гуны, содержащие не менее 25 % Ni. При таких концентрациях никеля чу-гуны имеют однофазную аустенитную структуру металлической основы.

В зависимости от соотношения концентраций перечисленных примесей аустенитные стали могут обладать аустенитной (рис. 5, а) или аустенитно-ферритной (рис. 5, б) микроструктурой. Так, хромистая сталь с 23% Сг (без никеля), нос 0,76% N после закалки от 1250° С в жидком азоте имеет однофазную аустенитную структуру [16].

При сварке стабильноаустенитных сталей, когда шов имеет однофазное строение, замедление теплоотвода (сварка с подогревом) не устраняет направленности первичной структуры. С другой стороны, искусственное увеличение скорости охлаждения свариваемого изделия путем снижения его температуры действует подобно увеличению скорости сварки, т. е. способствует сохранению направленности структуры. На хромоникелемолибденоме-дистой аустенитной стали ЭИ533 (Х23Н23МЗДЗ) толщиной 10 мм проволокой такого же состава были наплавлены два валика под бескислородным флюсом. Один из них, сваренный с подогревом до 600° С, имеет укрупненную, но направленную однофазную аустенитную структуру (рис. 34, а). Второй шов сварен на морозе (температура пластин — 60° С) и отличается более тонким строением; здесь появилась вторая фаза, богатая медью (рис. 34, б), направленность структуры усилилась.

В швах, имевших в исходном состоянии до 5% первичного феррита, дендритные образования б'-фазы появляются преимущественно на стыках зерен аустенита (рис. 40, ж). В швах с более высоким содержанием феррита (5—10%) нагрев при 1400—1420° С вызывает появление б'-феррита также внутри аустенитных зерен (рис. 40, ж). Следует отметить, что высокотемпературный феррит дендритной формы после указанной термической обработки образуется и в катаной стали 1Х18Н10Т, имеющей в состоянии поставки однофазную аустенитную структуру.

В исходном состоянии все три шва имеют типичную однофазную аустенитную структуру с выраженной дендритной неоднородностью (рис. 44, о). В шве № 1 (без дополнительного легирования марганцем и вольфрамом) cr-фаза обнаруживается после 400— 500 ч нагрева при 800° С; в шве № 2 (с марганцем) — после 300— 400 ч, а в шве № 3 (с марганцем и вольфрамом) cr-фаза четко выявляется уже после 200 ч пребывания при 800° С (рис. 44, б, сечение поперек столбчатых кристаллов).

2. Закалка стали от температур 1050—1150° С. Такая термическая обработка вызывает растворение избыточной фазы и фиксирует однофазную аустенитную структуру стали. При повторном действии критических температур такая сталь вновь приобретает склонность к коррозии.

В тройной • системе железо—хром—марганец действие марганца на изменение положения критических точек аналогично никелю, что видно из данных, приведенных на рис. 245. Однако эффективность влияния марганца на расширение ^-области значительно меньше никеля и зависит от содержания хрома [354— 356]. В низкоуглеродистых хромомарганцевистых сплавах лри содержании более 15% С г получить однофазную аустенитную сталь не представляется возможным, так как граница, отделяющая у-область, идет выше 15% Мп параллельно оси марганца.

время сильно увеличивает устойчивость аустенита (в отношении превращения ^ -»• М) при холодной деформации. Изменение механических свойств хромомарганцевой стали типа 18-8 с 0,30— 0,40% С в зависимости от содержания никеля показано на рис. 249. В сталях с содержанием хрома менее 15% аустенитная область отделяется группой сплавов аустенито-мартенситного класса, для которых характерны следующие особенности. При температуре закалки сплав имеет однофазную аустенитную структуру; при охлаждении аустенит частично превращается в мартенсит, пластинки которого пронизывают аустенитные зерна. Количество

Рекомендуем ознакомиться:
Образование магнетита
Однофазного теплоносителя
Одноименными сторонами
Однократным использованием
Однократного рассеяния
Однократном разрушении
Одномерное уравнение
Однонаправленные волокнистые
Однонаправленных композитов
Однонаправленной структурой
Одноосной деформации
Образование непрерывного
Одноосному растяжению
Однорядный шарикоподшипник
Однорядные подшипники