Что такое критические точки сталей кратко
Обновлено: 05.07.2024
Критические точки стали и железа* — К. точками называются такие температуры во время нагревания или остывания стали, при которых совершаются химические изменения и физические превращения, имеющие влияние на свойства стали. Пусть линия t o t n представляет нам термометрическую шкалу нагрева стали от ее холодного состояния t o до точки плавления t n .
Если брусок мягкой стали, который в холодном состоянии сгибается и разгибается без следов трещин, нагреем до температуры t 1 и подвергнем его изгибу, то он при этой температуре теряет свою вязкость и легко ломается. Эта К. точка соответствует температуре синей побежалости (см. Побежалости стали), около 375° Ц., а самое явление называется синеломкостью. При дальнейшем постепенном подогреве, перейдя точку t 1 , сталь опять приобретает вязкость и гибкость, брусок постепенно удлиняется, температура его правильно повышается, и если нагрев не дошел до температуры t 2 , то брусок при быстром охлаждении в воде не принимает совсем закалки. Раз только нагрев достиг температуры t 2 , брусок перестает удлиняться, повышение температуры на время останавливается и даже происходит понижение ее. При медленном же охлаждении бруска, раскаленного раньше до температуры выше t 2 , наоборот, брусок, достигнув точки t 2 , перестает укорачиваться, температура его не только перестает понижаться, но даже, без видимых причин, повышается на несколько градусов и брусок делается светлее. Эта К. точка меняет свое положение в зависимости от твердости стали и соответствует 580-680°, самое же явление называется рекалесценцией (racalescenсе), самонагревом или бликованием. В этой К. точке сталь претерпевает химические изменения. При нагревании бруска незакаленной стали, карбид, т. е. химическое соединение железа с углеродом (см. Карбид), в точке t 2 начинает распадаться с выделением свободного углерода, который растворяется в массе железа. Наоборот, при медленном охлаждении, углерод в точке t 2 соединяется с соответствующим количеством железа в карбид. В первом случае химическое изменение вызывает поглощение теплоты, во втором — выделение [Ср. также в ст. Железо. Δ.]. К. точка t 2 еще в 70-х годах была замечена нашим металлургом Д. К. Черновым, который определил ее значение следующим образом: сталь, нагретая ниже точки а , не закаливается. При дальнейшем подогреве, если только нагрев не дошел до температуры t 3 , сталь хотя начинает принимать закалку, но по виду излома можно предположить, что в ней не совершается заметной перегруппировки частиц, потому что после медленного или быстрого охлаждения структура стали остается та же, что и до нагрева. Когда нагрев дошел до температуры t 3 (точка в Чернова), перегруппировка совершается быстро, ибо после охлаждения брусок переменяет свою структуру из крупно в мелкозернистую. Следует предположить, что при этой температуре размягченные зерна или кристаллы стали слипаются между собой и образуют воскообразную массу аморфного сложения, которая при охлаждении ниже температуры t 3 остается уже без перемены. При медленном охлаждении бруска, нагретого выше температуры t 3 , опять масса стали распадается на отдельные кристаллы или зерна и степень кристаллизации будет зависеть от удаления этой температуры вправо от точки t 3 и от времени, сколько прошло для ее понижения до точки t 3 . Этой кристаллизации можно воспрепятствовать быстрым охлаждением бруска до температуры низшей t 3 , ниже которой кристаллизация уже не совершается. Таким образом, К. точка t 3 представляет границу, где кончается кристаллизация при медленном охлаждении раскаленной стали. В зависимости от состава стали и главным образом от содержания углерода точка t 3 находится между 700°-800°. Кроме вышеупомянутых явлений, замеченных Д. К. Черновым, по новейшей гипотезе Осмонда, в этой точке совершается превращение железа из одного состояния в другое. По его исследованиям, в незакаленной или хорошо отожженной стали железо находится в некотором нормальном, мягком состоянии α, в закаленной же — в ненормальном, твердом состоянии β (железо закала). Во время нагрева незакаленной стали, железо а в точке t 3 переходит в железо β, причем замечается поглощение теплоты. При медленном же охлаждении раскаленного бруска от температур высших t 3 , в этой точке железо β переходит в железо α с выделением тепла. Для такого перехода нужен некоторый промежуток времени, при недостатке которого этот последний переход или вовсе не имеет места, или же совершается не вполне. Таким образом, быстрым охлаждением сообщается стали твердость, при медленном же охлаждении получается сталь мягкая. Эта К. точка непостоянна и в зависимости от твердости стали меняет свое положение. Чем сталь мягче, тем она больше удаляется от t 0 и наоборот. Кроме того, в зависимости от сорта стали, таких К. точек, где совершается преобразование железа, существует несколько ( t 3 , t 4 ), приблизительно в пределах 700-855° Ц. Так, например, при медленном охлаждении разных сортов стали К. точки соответствуют приблизительно следующим температурам:
t 2 . Железо электролитическое
680 Сталь полутвердая
660 Сталь твердая
630 Сталь с 1% Mn и 0,5% С
595 Вольфрамистая сталь
517 Сталь с 4% Ni и 0,2% С
При твердой стали точка превращения железа сливается с темп. рекалесценции. Наконец последней К. точкой для стали есть температура ее плавления t n , которая тоже меняется в зависимости от содержания углерода. По новейшим исследованиям точка плавления:
для чистого железа
1500° Ц. для стали с 0,1% С
1475° Ц. для стали с 0,3% С
1453° Ц. для стали с 0,9% С
1410° Ц. для белого чугуна с 0,22 Si и 0,1% Mn
Эта точка замечается очень ясно вследствие сильного поглощения теплоты. С момента застывания стали до температуры около 800° не замечается уже никаких признаков К. точек, но для чугунов, выделяющих графит, замечается остановка охлаждения и выделение тепла при точке t 5 , отстоящей приблизительно на 150° от точки плавления чугуна.
Литература. Д. К. Чернов ("Записки Имп. Техн. Общ.", 1868); Barret, "Proc. Roy. Soc." (1889); Brinell, "Stahl und Eisen" (т. V, 1886); Osmond, "Th éorie cellulaire des proprieté s de l'acier" ("Annales des Mines" 1885; "Горный Журнал", т. III, 1886); Osmond, "Transformations du fer et du carbone dans les fers, les aciers et les fon tes blanches" (1888); Mü ller, "Stahl und Eisen" (1891; "Горный Журнал" 1892); Georges Charpy, "Sur la transformation allotropique du fer sous l'influence de la chaleur" ("Comptes Rendus", 1894); Osmond ("Comptes Rendus", 1894); "Berg und H üttenmännische Ze it." (1890 и 1893).
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .
Полезное
Смотреть что такое "Критические точки стали и железа*" в других словарях:
Критические точки стали и железа — К. точками называются такие температуры во время нагревания или остывания стали, при которых совершаются химические изменения и физические превращения, имеющие влияние на свойства стали. Пусть линия totn представляет нам термометрическую шкалу… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Самонагревание — см. Железо и Критические точки стали и железа … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Самонагревание — см. Железо и Критические точки стали и железа … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Самонакаливание — см. Железо и Критические точки стали и железа … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Ковка — Ковка это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических… … Википедия
Ковка — Кованием или К. называется такая механическая обработка, посредством которой тягучий металл в нагретом состоянии уплотняется, сращивается, или получает желаемую форму. В нашей статье будет описана только ковка железа и стали. Сообразно своему… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Литая сталь — (L acier fondu, Flussstahl, cast steel) Всякий ковкий железный продукт, получаемый путем отливки, принято на заводах назыв. вообще Л. сталью. Такого определения мы будем здесь придерживаться, хотя многие делят Л. металл по способности его… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Чернов, Дмитрий Константинович — (1839 1921) знаменитый металлург, "отец металлографии", творец современных методов тепловой обработки стали, с блестящим успехом применивший их к производству стальных орудий и снарядов. Род. в Петербурге, где получил общее и… … Большая биографическая энциклопедия
Сталь — (Steel) Определение стали, производство и обработка стали, свойства сталей Информация об определении стали, производство и обработка стали, классификация и свойства сталей Содержание Содержание Классификация Характеристики стали Разновидности… … Энциклопедия инвестора
Марганцевая сталь — Для устранения окислов железа, которые образуются при производстве литой стали, обыкновенно вводят в жидкий металл некоторое количество марганца, в виде зеркального чугуна или ферромангана. Часть марганца зеркального чугуна раскисляет окислы и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Критические точки стали или точки Чернова — критические температуры, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали при нагреве или охлаждении её в твёрдом виде. Установлены Черновым Дмитрием Константиновичем в 1868 году.
Критические точки обозначают буквой А. Нижняя критическая точка соответствует линии PSK диаграммы состояния железо-углерод. Эта точка называется А1 и соответствует превращению аустенита в перлит при охлаждении или перлита в аустенит при нагреве. Верхняя критическая точка называется А3. Критическая точка А3 для доэвтектоидных сталей лежит на линии GS диаграммы железо-углерод и соответствует началу выделения феррита при охлаждении или концу его растворения при нагреве. Критическая точка А3 для заэвтектоидных сталей лежит на линии SE и соответствует началу выделения вторичного цементита при охлаждении или концу его растворения при нагреве.
В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс “с” при нагреве (от французского слова chauffage – нагрев) и индекс ”r” (от французского слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.
Таким образом, например, нагрев доэвтектоидной стали выше соответствующей точки на линии GS обозначается как нагрев выше точки Аc3. При охлаждении же этой стали первое превращение должно быть обозначено как Аr3, второе (на линии РSК) - как Аr1. Точку А3 для заэвтектоидных сталей обычно обозначают Аcm.
Точка Mn в таблице обозначает температуру начала мартенситного превращения.
При термической обработке сталей, значения критических точек чаще всего используют чтобы определить температуру нагрева под закалку.
Как выбрать температуру нагрева под закалку
Для доэвтектоидных сталей (содержание углерода в стали менее 0.8%) обычно выбирают температуру закалки по формуле Ас3+30. 50°C. На практике встречаются случаи, когда доэвтектоидные стали закаливают с интервала температур между Ас1 и Ас3. В этом случае структура стали будет состоять из мартенсита и нерастворенного феррита. Такой процесс называется неполной закалкой и теоретически является браком. На практике к такую схему используют, чтобы снизить коробление деталей или исключить трещинообразование в высоколегированных сталях.
Заэвтектоидные стали обычно нагревают под закалку до температур Ас1+30. 50°C. После закалки, структура стали будет состоять из мартенсита и вторичного нерастворённого цементита, который повышает твердость и износостойкость изделий.
Критические точки – это значения температуры, в результате которых меняются физические и химические свойства стального сплава.
Таким образом Ar1 обозначает точку, при которой аустенит превращается в перлит, а в точке Ac1 наоборот - перлит в аустенит. Величина Ar3 соответствует процессу выделения феррита в аустенит, а окончание растворения феррита в аустените – точка Ac3. Также Ar3 означает начало процесса выделения цементита из аустенита, а также точка Ac3 – конец растворения. Кроме того, при нагревании доэвтектоидного сплава выше значения линии GS (Точка А3) нередко обозначают, как точку A cm.
Аббревиатура Mn является точкой, при которой на графике начинается мартенситное превращение.
Изменение состояния стали в критических точках
Критические точки при термообработках, как правило, необходимы для определения температурных режимов требуемых для закалки стали.
Линия to tn это значения при нагреве от начального охлажденного состояния точки to до плавления в точке tn. Если из мягкого стального сплава, который находится в охлажденном состоянии при сгибании и разгибании не образует трещин, увеличим до значения температуры t1 и подвергнуть изгибу, то при таком температурном режиме он способен потерять вязкость и может поломаться. Такая температура является температурой синей побежалости (или Побежалости стали), равной примерно 375 0 С обозначается буквой К, такое состояние стали называется синеломкость. Если и далее продолжить подогрев, и температура при этом станет выше t1, то материал вновь станет вязким и гибким, и деталь будет постепенно удлиняться, а температура ее правильно повышаться. При дальнейшем нагревании не больше температуры t2, если быстро охладить материал, он совсем не примет закалки.
Как только температурный режим повысится до значения точки t2, сталь перестает удлиняться, температура не повышается и даже начинает постепенно понижаться. Если медленно охлаждать деталь из стали, которая была раскалена не выше температуры точки t2, брусок, в температурном режиме в точке t2, прекращает укорачиваться, а температура его не только не понижается, но, даже не смотря ни на что, начинает повышаться и сталь становится светлее. Такая критическая точка может меняться в зависимости от твёрдости стали. Температура критических точек при этом варьируется от 580 до 680 градусов, а называют такое явление рекалесценцией, само нагревом либо бликованием. В этих критических точках у стального сплава происходят химические изменения. При нагреве стального материала с карбидом в точке t2 происходит распад с выделением углерода, с растворением в железной массе. Если медленно охлаждать материал, то в t2 происходит соединение углерода и стали в карбид. При этом в первом случае происходят процессы, связанные с поглощением тепла, а во втором ее выделение.
Критическую точку t2 в семидесятых годах заметил ученый Д. К. Чернов, который предложил определять её значение в следующем виде: стальной материал при нагревании ниже данного значения, не способен закаливаться. Критические точки представляют собой температурные режимы, способные изменять фазовые состояния и структуру сплава путем нагревания или охлаждения детали. Если и дальше подогревать стальной материал, но не выше температурного значения t3, сталь, несмотря на то, что способна принимать закалку, не будет менять свою структуру при медленном или быстром понижении температурного режима, и останется такой же, что и была до нагревания. При повышении температуры до значений Чернова с температурой t3, происходит быстрая перегруппировка, так как охлажденный материал изменяет свое структурное состояние из крупного в мелкозернистое. Такая температура позволяет добиться того, что размягчённые зёрна стального сплава крепко соединяются и превращаются воскообразный материал с аморфным сложением, который при понижении температуры ниже значения t3 не меняется. Медленное охлаждение детали, нагретой выше температурного режима точки t3, вызывает вновь распадение стального материала на зёрна, а сама кристаллизация зависит от дальнейшего изменения температурного режима дальше от точки t3 справа и от временного промежутка, который прошел до её понижения до критического значения t3. Такой процесс кристаллизации можно прекратить путем быстрого охлаждения детали до температуры критических точек ниже t3, то есть до точек, где уже не происходит процесс кристаллизации. Таким образом, критические точки при значении t3 означают границу, при которой заканчивается процесс кристаллизация при охлаждении раскалённого стального сплава. Эта критическая точка имеет значение от 700 до 800 градусов цельсия, что зависит от состава стального сплава и от содержания частиц углерода.
Помимо всех перечисленных выше явлений, по новым результатам исследований Осмонда, в такой точке происходит превращение стали из одного состояния в другое.
Благодаря исследованиям в области плавления сплавов, было выявлено, что в незакаленном или хорошо отожжённом стальном сплаве, железный материал имеет мягкое состояние, в закаленном же — твёрдое. При нагреве незакаленного сплава, металл при значении t3 изменяет состояние, при этом происходит поглощение теплоты. Если медленно охлаждать раскаленную деталь до критических точек выше значения t3, в при таких величинах сплав изменяет свое состояние, выделяя тепло.
Такое изменение требует некоторого времени, при нехватке которого переходить в другое состояние или вовсе не имеет смысла, или же такой переход совершается не полностью. Таким образом, при быстром охлаждении сталь становится твердее, а при медленном стальной сплав становится мягким. Критические точки не бывают постоянными и зависят от величины твердости сплава. Стальной материал становится еще мягче при удалении от точки t0. При этом значение критических точек зависит от сорта стального материала, который преобразуется при температуре от 700 до 855 градусов цельсия.
Как правильно определить температурный режим необходимый для закалки?
Температуру при закалке доэвтектоидной стали, т.е. сплавов из стали с присутствием углерода меньше 0,8 процента, определяют по формуле А с3+30. 50C. Но бывают случаи, когда доэвтектоидная сталь закаливается при критических точках от точки А с1 до А с3. При этом сталь будет иметь структуру состоящую из нерастворённых мартенсита и феррита. Все это является процессом неполной закалки стали и фактически считается браком. В производстве такое явление используется для снижения коробления деталей либо для исключения образования трещин в высоколегированных видах стали.
Заэвтектоидный стальной сплав при закалке нагревается до температурных режимов критических точек А с1+30-50C. По окончании процесса закалки стальной материал будет иметь структуру из вторичного нерастворённого цементита и мартенсита. Такой процесс позволяет повысить твёрдость и износостойкость продукции из стали.
Критическими точками называются такие температуры во время нагревания или остывания стали, при которых совершаются химические изменения и физические превращения, имеющие влияние на свойства стали.
Чтобы отличить критическую точку при нагреве от критической точки при охлаждении, рядом с буквой А ставят букву c, в первом случае r - во втором.
Следовательно, критическая точка превращения аустенита в перлит обозначается Ar1, а перлит в аустенит Ac1; начало выделения феррита из аустенита обозначается Ar3; конец растворения феррита в аустените Ac3. Начало выделения вторичного цементита из аустенита обозначается также Ar3, а конец растворения вторичного цементита в аустените - Ac3 (эту точку часто обозначают Acm).
Пусть линия totn представляет нам термометрическую шкалу нагрева стали от ее холодного состояния to до точки плавления tn. Если брусок мягкой стали, который в холодном состоянии сгибается и разгибается без следов трещин, нагреем до температуры t1 и подвергнем его изгибу, то он при этой температуре теряет свою вязкость и легко ломается. Эта К. точка соответствует температуре синей побежалости (см. Побежалости стали), около 375° Ц., а самое явление называется синеломкостью. При дальнейшем постепенном подогреве, перейдя точку t1, сталь опять приобретает вязкость и гибкость, брусок постепенно удлиняется, температура его правильно повышается, и если нагрев не дошел до температуры t2, то брусок при быстром охлаждении в воде не принимает совсем закалки.
Раз только нагрев достиг температуры t2, брусок перестает удлиняться, повышение температуры на время останавливается и даже происходит понижение ее. При медленном же охлаждении бруска, раскаленного раньше до температуры выше t2, наоборот, брусок, достигнув точки t2, перестает укорачиваться, температура его не только перестает понижаться, но даже, без видимых причин, повышается на несколько градусов и брусок делается светлее. Эта К. точка меняет свое положение в зависимости от твердости стали и соответствует 580-680°, самое же явление называется рекалесценцией (racalescenсе), самонагревом или бликованием. В этой К. точке сталь претерпевает химические изменения. При нагревании бруска незакаленной стали, карбид, т. е. химическое соединение железа с углеродом (см. Карбид), в точке t 2 начинает распадаться с выделением свободного углерода, который растворяется в массе железа. Наоборот, при медленном охлаждении, углерод в точке t2 соединяется с соответствующим количеством железа в карбид. В первом случае химическое изменение вызывает поглощение теплоты, во втором — выделение [Ср. также в ст. Железо. Δ.]. К. точка t2 еще в 70-х годах была замечена нашим металлургом Д. К. Черновым, который определил ее значение следующим образом: сталь, нагретая ниже точки а, не закаливается.
При дальнейшем подогреве, если только нагрев не дошел до температуры t3, сталь хотя начинает принимать закалку, но по виду излома можно предположить, что в ней не совершается заметной перегруппировки частиц, потому что после медленного или быстрого охлаждения структура стали остается та же, что и до нагрева. Когда нагрев дошел до температуры t3 (точка в Чернова), перегруппировка совершается быстро, ибо после охлаждения брусок переменяет свою структуру из крупно в мелкозернистую. Следует предположить, что при этой температуре размягченные зерна или кристаллы стали слипаются между собой и образуют воскообразную массу аморфного сложения, которая при охлаждении ниже температуры t3 остается уже без перемены. При медленном охлаждении бруска, нагретого выше температуры t3, опять масса стали распадается на отдельные кристаллы или зерна и степень кристаллизации будет зависеть от удаления этой температуры вправо от точки t3 и от времени, сколько прошло для ее понижения до точки t3. Этой кристаллизации можно воспрепятствовать быстрым охлаждением бруска до температуры низшей t3, ниже которой кристаллизация уже не совершается. Таким образом, К. точка t3 представляет границу, где кончается кристаллизация при медленном охлаждении раскаленной стали. В зависимости от состава стали и главным образом от содержания углерода точка t3 находится между 700°-800°. Кроме вышеупомянутых явлений, замеченных Д. К. Черновым, по новейшей гипотезе Осмонда, в этой точке совершается превращение железа из одного состояния в другое.
По его исследованиям, в незакаленной или хорошо отожженной стали железо находится в некотором нормальном, мягком состоянии α, в закаленной же — в ненормальном, твердом состоянии β (железо закала). Во время нагрева незакаленной стали, железо а в точке t3 переходит в железо β, причем замечается поглощение теплоты. При медленном же охлаждении раскаленного бруска от температур высших t3, в этой точке железо β переходит в железо α с выделением тепла.
Для такого перехода нужен некоторый промежуток времени, при недостатке которого этот последний переход или вовсе не имеет места, или же совершается не вполне. Таким образом, быстрым охлаждением сообщается стали твердость, при медленном же охлаждении получается сталь мягкая. Эта К. точка непостоянна и в зависимости от твердости стали меняет свое положение. Чем сталь мягче, тем она больше удаляется от t0 и наоборот. Кроме того, в зависимости от сорта стали, таких К. точек, где совершается преобразование железа, существует несколько (t3, t4), приблизительно в пределах 700-855° Ц. Так, например, при медленном охлаждении разных сортов стали
Читайте также: