Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 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 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

превращения (переход из одной модификации в другую) обусловлены минимумом объемной свободной внутренней энергии той или иной модификации в соответствующих температурных интервалах. Превращения в зависимости от условий охлаждения могут иметь диффузионный или мартенситный характер.

Диффузионные превращения. Диффузионные превращения происходят по механизму «образование и рост новой фазы». Образование зародыша происходит с увеличением свободной энергии системы, равной 7з поверхностной энергии зародыша (остальные две трети компенсируются уменьшением объемной свободной энергии). Возникновение зародышей обеспечивается за счет флуктуационного повышения энергии в отдельных группах атомов. При превращении в сплавах для образования зародыша необходимо также наличие флуктуации концентрации растворенного элемента. Это условие затрудняет образование зародышей новой фазы, особенно если ее состав сильно отличается от исходной. При превращении в твердом состоянии образование зародышей также тормозится упругой деформацией фаз. Последняя обусловлена различием удельных объемов исходной и образующихся фаз. Энергия упругой деформации увеличивает свободную энергию подобно поверхностной энергии.

Среди образовавшихся зародышей способностью к дальнейшему росту обладают зародыши, размер которых равен или превышает критический. В этом случае баланс поверхностной и объемной энергий получает отрицательное значение и рост новой фазы происходит с уменьшением свободной энергии системы. Критический размер зародышей уменьшается с увеличением степени переохлаждения (или перегрева) по отношению к равновесной температуре Го, при которой объемные свободные энергии фаз равны. При этом скорость образования зародышей также будет уменьшаться, так как с понижением температуры снижается диффузионная подвижность атомов, необходимая для формирования зародыша новой фазы. Зависимость вероятности образования новой фазы от степени переохлаждения будет иметь максимум, при нагреве вероятность будет монотонно возрастать с увеличением степени перегрева.

При росте новой фазы изменение составляющих свободной энергии- аналогично изменениям при образовании зародышей. Поэтому зависимость линейной скорости роста новой фазы от степени переохлаждения также имеет максимум, но сдвинутый в сторону меньших переохлаждений. Общая скорость фазового превращения определяется суммой скоростей зарождения и роста новой фазы.

При постоянной температуре ниже (или выше) Го процесс превращения протекает изотермически и количество новой фазы увеличивается со временем. Кинетика фазовых превращений при различных степенях переохлаждения описывается изотермиче-

сними диаграммами превращения, называемыми также С-об-разными диаграммами превращения. Фазовое превращение в условиях непрерывного охлаждения или нагрева подчиняется тем же основным закономерностям, что и изотермическое превращение. Условно превращение при непрерывном изменении температуры можно рассматривать как серию многочисленных изотермических превращений при последовательно меняющихся температурах. В этом случае кинетика фазового превращения описывается анизотермической диаграммой превращения (рис. 5.6,0) [2].

В материаловедческой практике эти диаграммы строятся в координатах температура-время. При этом максимальная температура соответствует нагреву при термообработке (закалке, отжигу), а время отсчитывается от момента начала охлаждения после выдержки при максимальной температуре. В сварочной практике нащли применение диаграммы, преобразованные в вид, удобный для практического использования при выборе теплового режима сварки. Во-первых, нагрев соответствует сварочному термическому циклу с максимальной температурой, близкой к температуре солидуса сплава; во-вторых, характер и температура превращений даются в зависимости от скорости охлаждения при сварке. В диаграммах для сталей приняты скорость охлаждения в диапазоне 600-500 °С (tes) или время охлаждения от 800-500 °С (fs/s). Такие диаграммы получили название анизотермических диаграмм распада аустенита при сварке -АРА (рис. 5.6,6) [3].

Примером превращения диффузионного типа является перлитное превращение при распаде аустенита при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Одной из характеристик перлитной структуры является окончательный размер колоний (перлитных зерен). Чем меньще размер аустенитных зерен и ниже температура превращения, тем меньще размер перлитных зерен. С уменьщением их размера механические свойства структуры улучшаются.

Мартенситные превращения. Мартенситное превращение происходит путем совместного (кооперативного) перемещения многих атомов. Результирующее перемещение сводится к тому, что ряд элементарных ячеек исходной фазы как бы однородно пластически деформируется, переходя в ряд эле-ментарных ячеек новой фазы. Мартенситное превращение называют бездиффузионным или сдвиговым.

Превращение начинается и заканчивается при достижении определенных фиксируемых температур Г„н и Гмк при значительном переохлаждении ниже Го. В отличие от диффузионных превращений при мартенситном превращении Г„„ и не зависит от скорости охлаждения. Поэтому они на диаграмме фазовых превращений выражаются горизонтальными прямыми

(рис. 5.6). При этом npeBpauieHHet начинается сразу после достижения Г„н, т. е. без инкубационного периода. После мартенситного превращения всегда остается некоторое количество непре-вращенной исходной фазы, несмотря на охлаждение ниже Гмк-При постоянной температуре в интервале Гмн-7"„к происходит быстрое превращение определенной доли исходной фазы, после

т,°с

Время охлаждения от А , с

1,0 2 4 6 10 г 4 6 10 Время охлаждения от 800 до 600 °С tg/ , с

-J-1-1-1 I I I

200 100 ео JO 8 4 1

Скорость охлаждения при 600-б00°С Wg/gC/c

Рис 5 6. Анизотропическая диаграмма превращения в стали 45 в координатах «температура-время» (о) и «температура - скорость охлаждения» (6) (диаграмма АРА) 12). А. Ф, П, Б и М - соответственно аустенит, феррит, перлит, бейннт и мартенсит