центрационного треугольника, простираются на значительные рас стояния внутрь треугольника, и количество однофазных областей, изолированных от сторон треугольника, невелико. Иногда границы фазовых областей расположены почти параллельно линиям, соот ветствующим равным электронным концентрациям (отношение числа валентных электронов к числу4атомов). Если на двух сторонах кон центрационного треугольника «имеются фазы со сходной структу рой и одинаковыми электронными концентрациями, то через весь
концентрационный треугольник может идти однофазная область.
Фиг. 46. Результаты определения фазо- |
Фиг. |
47. |
Диаграмма |
состояния |
||
вого состава сплавов в системе |
Fe — Ni— Al, построенная по данным |
|||||
Fe — Ni —Al: |
фиг» |
46. |
Однофазные |
области |
не |
|
О — однофазные сплавы; О — двухфазные |
заштрихованы, |
двухфазные |
за- |
|||
сплавы; ф — трехфазные сплавы» |
штрихованы, |
трехфазные — зачер |
||||
нены.
Практическое построение полных диаграмм состояния тройных сплавов часто очень затруднено и другими причинами. Например,
сплавы, не находящиеся в состоянии равновесия, не подчиняются
правилу фаз, — в сплавах могут содержаться переходные структуры,
исчезающие при отжиге (мартенсит, и другие фазы в стареющих сплавах), упорядоченные структуры и т. д. Поэтому для правильного построения диаграмм состояния многокомпонентных систем следует применять наряду с рентгеновским анализом и другие методы иссле дования (термический, дилатометрический, металлографический ана
лизы, измерение физических свойств).
5. РЕНТГЕНОВСКИЙ АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
При изучении явлений, протекающих в сплавах, в процессе тех или иных операций термической обработки стали проводятся главным образом следующие исследования: рентгеновский анализ закалки стали и рентгеновский анализ отпуска стали.
Анализ закалки стали имеет своей задачей изучение превращения аустенита в мартенсит. Полнота превращения аустенита в мартенсит может быть установлена по составу фаз в стали в исходном состоянии
•128
(т. е. при температуре закалки) и в закаленном. Следовательно, за дача рентгеновского анализа закалки стали сводится к определению фазового состава закаленной стали, т. е. к фазовому анализу.
Как известно, мартенсит представляет собой пересыщенный твердый а-раствор. Степень тетрагональности решетки мартенсита
прямо пропорциональна количеству растворенного в |
нем углерода. |
||||||||
Поэтому образование |
в |
стали |
(содер |
|
|
|
|||
жащей более 0,6—0,7% |
С) |
мартенсита |
|
|_ |
(111) д |
||||
приводит к появлению на рентгенограмме |
u-Fe(011) |
___ |
(ио)М |
||||||
новой системы линий. |
|
|
|
|
а 1-е(он) |
|
|||
На фиг. |
48 дана схема взаимного рас |
|
|
|
|||||
положения линий феррита, мартенсита и |
|
|
|
||||||
аустенита. Из схемы видно, |
что |
вместо |
|
— • |
(002)Д |
||||
каждой линии a-Fe появляются две ли |
|
|
|
||||||
нии. Таким образом, рентгенограмма |
|
|
|
||||||
мартенсита |
состоит |
из |
пар |
близко рас |
|
|
|
||
положенных |
друг |
|
к |
другу |
линий |
|
|
|
|
[(011) (101)1 и (110), |
(002) и [(020) (200)], |
|
|
(002) И |
|||||
(112) и [(121) (211)], (220) |
и |
1(022) |
(202)1 |
|
|
||||
и т. д. |
|
|
|
|
|
|
a-Fe (рог) |
|
(ого) м |
Расстояние между |
парными линиями |
|
|
(гоо)п |
|||||
|
|
|
|||||||
зависит от тетрагональности решетки, оно
тем более, чем больше углерода содер жится в мартенсите.
Если встали менее 0,6—0,7% С, тетрагональность мартенсита столь мала, что парные линии сливаются, образуя
одну достаточно сильно размытую линию.
При определенных условиях закалки полное превращение аустенита в мартен сит не наступает, поэтому в стали сохра няется некоторое (иногда очень большое)
количество остаточного |
аустенита. |
Если |
в закаленной стали |
количество |
оста |
|
(оог)Д |
|
(11г) М |
a-Fe (иг) |
(121) м |
(211) п |
|
|
— (из)д |
|
__^-(222}Д |
a-Fe (огг) |
. _ ^(022) м |
|
Г\(202)' |
|
(гго)М |
Фиг. 48. Схема взаимного расположения линий фер рита, мартенсита и аусте нита на рентгенограммах.
точного аустенита больше 4—5%, то на
рентгенограмме, снятой с такой стали, появятся линии аусте
нита, интенсивность которых тем больше, чем выше содержание аустенита. При наличии такой рентгенограммы можно сделать вы вод, что исследованная сталь состоит из двух фаз — мартенсита и
аустенита. Этим самым будет осуществлен первый этап анализа — качественный фазовый анализ. В некоторых случаях подобный ка чественный фазовый анализ может быть вполне достаточным для ре шения стоящих перед исследователем задач.
При проведении фазового анализа необходимо пользоваться диаграммами состояния соответствующих систем.
Рассмотрим кратко вопрос о том, с какими фазами обычно прихо
дится встречаться при проведении фазового анализа сталей.
Углеродистая, а также низколегированная сталь в зависимости от вида термической обработки могут содержать следующие фазы:
9 Заказ 1935. |
129 |
феррит или твердый а-раствор, имеющий объемно-центрированную
кубическую решетку (а = 2,8605 А); мартенсит или пересыщенный твердый а-раствор, имеющий объемно-центрированную тетраго
нальную решетку, периоды которой зависят от содержания угле
рода (при содержании 0,8% С а = 2,854 А и с = 2,963 А); карбид
железа или цементит |
(химическое соединение— ),*РезС |
имеющий |
|
ромбическую решетку |
о |
о |
о |
(а = 4,518 А, |
Ъ = 5,069 А, с |
= 6,736 А); |
|
остаточный аустенит или твердый у-раствор, имеющий гранецентрп-
рованную кубическую решетку, период которой также зависит от количества содержащегося в у-фазе углерода (при содержании 0,7% С
а = 3,58 А, а при 1,4% С а = 3,616 А).
В легированных карбидообразующпми элементами сталях, кроме указанных фаз, могут встречаться специальные карбиды. Например,
в хромистой стали марки Х12Ф1, кроме а- |
и у-фаз, |
присутствует |
в |
= 13,94 |
о |
тригональный карбид Сг7Сз (а = 4,496 А; с |
А). В стали, |
содержащей 0,7% С, 18,38% Сг также присутствует тригональный карбид Сг7Сз, но при температуре отпуска выше 550° появляется новый карбид Сг4С, т. е. имеет место перераспределение хрома.
Всложных сталях могут также встречаться: карбид хрома СггзСе
скубической решеткой (а = 10,64 4- 10,73 кХ); карбид хрома СгзСг,
имеющий |
ромбическую |
решетку |
(а — 11,46 |
кХ, |
b = 5,62 кХ, |
|||
с = 2,821 |
кХ); |
сложные |
карбиды |
(FeW)sC, |
(FeMo)s С, (CoW)s С, |
|||
имеющие кубические решетки (а = 10,9 |
4- 11,1 |
кХ); |
карбид воль |
|||||
фрама WC, имеющий гексагональную решетку |
(а = 2,91 кХ, с — |
|||||||
= 2,838 кХ); |
карбид вольфрама |
W2C |
с |
гексагональной решет |
||||
кой (а = 2,986 |
кХ, с = 4,712 кХ); |
карбиды титана TiC, ванадия VC, |
||||||
ниобия NbC, циркония ZrC, имеющие примитивные кубические ре
шетки (тип NaCl) |
(aTiC = 4,29 4- 4,32 кХ, аус = 4,15 4- 4,16 |
А, |
aNbc = 4,44 4- 4,46 |
A, aZiC = 4,66 4- 4,68 А). |
|
Приведенный выше перечень, конечно, не исчерпывает всего |
||
многообразия фаз, встречающихся в сплавах. |
как |
|
Необходимо иметь в виду, что если присутствие таких фаз, |
||
мартенсит и аустенит, можно зафиксировать на рентгенограмме, непосредственно снятой со шлифа закаленной стали, то обнаружить
карбидные фазы подобным образом можно далеко не всегда. Это объясняется тем, что количество карбидных фаз в стали обычно отно сительно невелико.
По этой причине для проведения фазового анализа сталей, со держащих карбиды и интерметаллические фазы, применяется спе
циальная методика, |
включающая также и карбидный анализ. |
||||
к |
Таким образом, |
качественный |
фазовый анализ сталей сводится |
||
получению |
рентгенограмм, их |
расшифровке, |
индицированию и |
||
к |
заключению |
о фазовом составе |
исследуемой |
стали. |
|
* В низколегированных сталях карбид может быть более сложным, на пример (FeCr) 3С.
130
В ряде случаев данных о качественном составе сталей (спла вов) оказывается недостаточно. Например, данные о качественном фазовом составе сталей не могут дать полного представления о про цессах, протекающих в сталях при термической обработке. В связи с этим возникает вопрос о соотношении находящихся в сплаве фаз,
т. е. о количественном фазовом анализе, который проводится глав
ным образом по методу гомологических пар.
Весьма полезные сведения качественного характера может дать анализ взаимного расположения пар линий мартенсита закаленной углеродистой стали. Чем ниже температура закалки, тем ближе
друг к другу расположены пары линий! мартенсита. При очень низ кой температуре закалки карбиды почти не будут растворены, что приведет к обеднению аустенита по углероду. По этой причине тетрагоналыюсть мартенсита, образовавшегося при закалке, будет ничтожна и парные линии сольются вместе, образуя линии, соответ ствующие решетке a-Fe. Например, при закалке стали марки У13
с 730° раздвоение линий не наблюдается, что свидетельствует о не
полном растворении карбидов.
В случаях, когда сталь при закалке охлаждается с несколько
меньшей скоростью, чем критическая, между парами линий по
является фон или так называемое внутреннее размытие линий. Это объясняется те'м, что вследствие пониженного содержания углерода тетрагональность мартенсита (в некоторой части его объема) умень шена. При недостаточной выдержке стали при температуре нагрева под закалку сталь не успевает перейти полностью в равновесное со
стояние, т. е. в такое состояние, при котором углерод равномерно распределен по всему объему аустенита; кроме фона между парными линиями (внутреннее размытие), появляется также размытие внеш них сторон линий (внешнее размытие).
Анализ отпуска стали. При исследовании отпуска сталей изучают механизм процесса распада мартенсита при различных температурах
(различные стадии распада), процессы выделения карбидной фазы и ее состояние в зависимости от Температуры, влияние легирующих элементов на процессы отпуска.
Одним 'из признаков, свидетельствующих о, распаде мартенсита при отпуске, является уменьшение количества растворенного углерода с повышением ’ температуры отпуска.
При этом уменьшение количества растворенного в мартенсите углерода сопровождается уменьшением ширины полосы линий рент генограммы. Таким образом, по ширине линии рентгенограммы можно определить количество оставшегося в твердом растворе углерода.
На фпг. 49 дап график зависимости ширины полосы линий (110) —
(011) от содержания углерода. Каждой температуре отпуска соответ ствует оцределенное количество углерода, остающееся в растворе даже при очень длительных выдержках. Таким образом, для опре деления степени распада мартенсита при отпуске необходимо найти количество углерода, оставшегося в твердом растворе.
Для этой цели необходимо снять серию рентгенограмм с закален
ных сталей, содержащих различное количество углерода, измерить
9* |
131 |