Foreversoft.ru

IT Справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние углерода на полиморфизм железа

Влияние элементов на полиморфизм железа

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить влияние легирующих элементов в стали.

1.2. Изучить классификацию и маркировку легированных сталей.

1.3. Изучить зависимость между структурой и свойствами заданных легированных сталей.

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Простые углеродистые стали далеко не всегда удовлетворяют требованиям техники. В промышленности широко применяются легированные стали, которые обладают высокими механическими или особыми физическими и химическими свойствами, приобретаемыми после соответствующей термической обработки. Легированными называются стали, в которые для получения требуемых свойств дополнительно вводятся определенные количества необходимых элементов.

Для легирования стали применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, молибден и др.

Изучая влияние легирующих элементов на свойства стали, важно знать взаимодействие легирующего элемента с железом и углеродом, а также влияние легирующих элементов на полиморфизм железа и превращения в стали при термической обработке.

Влияние элементов на полиморфизм железа

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, то есть сдвигают точки А3 и А4 по температурной шкале.

Определенные элементы повышают температуру А4 и снижают температуру А3, расширяя область существования γ — модификации (рис. 2.1а), другие понижают А4 и повышают А3, сужая область существования γ- модификации (рис.2.1 б).

Из схематических диаграмм состояния железо — легирующий элемент следует, что при содержании марганца, никеля (аустенитостабилизаторов) свыше определенного количества (c) (рис.2.1, а) γ — состояние существует как стабильное от температуры плавления до комнатной температуры. Такие сплавы на основе железа называются аустенитными. При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов ферритостабилизаторов свыше определенного значения (d) устойчивым при всех температурах является α-состояние ( рис.2.1, б). Такие сплавы на основе железа называются ферритными. Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений в твердом состоянии при нагревании и охлаждении.

Рис.2.1. Схема диаграмм состояния железо — легирующий элемент: а – элементы, расширяющие γ-область, б – элементы, расширяющие α-область

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8835 — | 8362 — или читать все.

Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа

Ко второй группе относят Сr, Si, V, Мо, W, Аl, Тi и др., т. е. большинство легирующих элементов, которые в двойных диаграммах с железом образуют замкнутую g — область увеличивая устойчивость феррита. Стали, в которых под влиянием легирования a -область сохраняет стабильность от комнатной температуры до температуры плавления, называют ферритными сталями.

В отличие от других сплавов на основе железа, аустенитные и ферритные стали не испытывают превращений при нагреве и охлаждении.

Легирующие элементы, вступая во взаимодействие с железом и углеродом, могут участвовать в образовании различных фаз в легированных сталях: легированного феррита — твердого раствора легирующего элемента в Fе-a ; легированного аустенита — твердого раствора легирующего элемента в Fе-g ; легированного цементита — твердого раствора легирующего элемента в цементите, или при увеличении содержания легирующего элемента сверх определенного предела специальных карбидов.

Влияние содержания углерода на свойства стали

Рост прочности происходит до 0,8-1,0% углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8% уменьшается и пластичность, и прочность. Это связано с образованием сетки хрупкого цементита вокруг перлитных зерен. Поэтому заэвтектоидные стали подвергают специальному отжигу на зернистый перлит.

Углерод оказывает существенное влияние на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем, и особенно в холодном состоянии.

В углеродистой стали содержится до 0,8 % Мn и до 0,4% Si. Марганец и кремний, помимо раскисления, в этих количествах полностью растворяются в феррите и упрочняют его, увеличивают прокаливаемость стали, а также уменьшают вредное влияние серы.

Вредными примесями в стали являются сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье — чугун.

Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS — сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца, благодаря высокой ликвации серы в стали может образовываться легкоплавкая эвтектика Fe-FeS (TПЛ = 988оС). Эвтектика располагается по границам зерен. При нагреве стали до температур горячей деформации включения эвтектики охрупчивают сталь, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины. Марганец устраняет красноломкость

так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620°С, что значительно выше температуры горячей деформации. Вместе с тем сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталостную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.

Основной источник фосфора — руды, из которых выплавляется исходный чугун. Фосфор — вредная примесь. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Поэтому фосфор сильно искажает решетку феррита, делая феррит хладноломким и хрупким. Обычно фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.

Скрытые примеси — кислород, азот, водород находятся в стали либо в виде твердого раствора в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды), либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите. Они загрязняют сталь хрупкими неметаллическими включениями, способствуя снижению вязкости и пластичности стали. Водород находится в твердом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Повышенное содержание водорода, приводит к образованию внутренних трещин — флокенов.

Даже небольшие концентрации газов оказывают резко отрицательное влияние на свойства, ухудшая пластические и вязкие характеристики стали. Поэтому ваккуумирование является важной операцией для улучшения свойств стали.

Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа. Классификация сталей по структуре отжига.

Влияние элементов на полиморфизм железа

Расширение g-области элементами, образующими твердые растворы внедрения, объясняется большей их растворимостью в ГКЦ решетке, а расширение g-области при образовании твердых растворов замещения –близостью их кристаллического строения аустениту. Такие элементы могут расширить g-область до комнатных и более низких температур. Стали со стабильной аустенитной структурой во всем температурном интервале вплоть до плавления называются аустенитными.

Читать еще:  Что такое полиморфизм железа

Если области a-и d-растворов смыкаются, то структура с ОЦК решеткой стабильна во всем интервале температур. Такие стали называются ферритными.

Свыше определённого содержания марганца, никеля и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, – состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными. При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. Выше определённого предела устойчивым при всех температурах является α– состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными. Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

Подавляющее количество легирующих элементов уменьшают растворимость углерода в аустените и концентрацию углерода в эвтектоидной стали, т.е. сдвигают точки E и S влево элементы, расширяющие g-область снижают температуру А1; элементы, сужающие g-область – повышают температуру А1.

По структурам после нормализации различают следующие классы легированных сталей: перлитный М+Ф, мартенситный а+М, аустенитный а+Ф (в интернете еще пишут,что ферритный и ледебуритный)

29. Автоматные стали — это стали повышенной обрабатываемости резанием. При их обработке достигается высокая производительность, обеспечивается малая шероховатость обработанной поверхности, хорошее стружкоотделение. Эти стали используются в основном в массовом производстве для изготовления деталей на станках-автоматах (винтов, шпилек, болтов, гаек, мелких деталей сложной конфигурации и т.п.). Хорошая обрабатываемость резанием достигается за счет повышенного содержания в них серы (до 0,08… 0,35 %) и фосфора (0,06… 0,15 %). Однако наличие серы и фосфора в повышенных количествах снижает вязкость и пластичность сталей, поэтому они имеют пониженную прочность и склонны к хрупкому разрушению. Улучшение обрабатываемости сталей резанием достигается также введением в них свинца (0,15…0,30 %), селена (0,04…0,10 %) и кальция, при этом механические свойства сохраняются достаточно высокими. Автоматные стали обозначаются буквой А, которая ставится в начале марки, и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, А12 — автоматная сталь, среднее содержание углерода — 0,12 %). Марганец обозначается буквой Г (если его количество в стали более 1 %, например сталь А40Г), свинец — буквой С, селен — буквой Е. Кальцийсодержащие стали обозначаются буквами АЦ, например АЦ40. В промышленности нашли применение кальцийсодержащие стали. Из кальцийсодержащих сталей изготавливают термически упрочняемые детали — шестерни, валы и т.п. Автоматные стали предназначены для изготовления изделий массового производства, обрабатываемых на станках-автоматах, автоматических линиях (гайки, болты, оси, шпильки, валики и др.). Эти стали хорошо обрабатываются режущими инструментами благодаря повышенному содержанию в них S, Р, Рв. Содержание S в автоматных сталях не должно превышать 0,2%, Рв–0,1% из-за существенного снижения свойств, повышения порога хладноломкости. Поэтому автоматные стали применяют для деталей, не испытывающих повышенных нагрузок в эксплуатации. Термическая обработка с целью упрочнения этих сталей, как правило, не применяется. Легированные автоматные стали упрочняются термической обработкой. Показатели прочности этих сталей соответствуют аналогичным конструкционным, но пластичность их из-за повышенных S, Р в 1,5..2 раза ниже. Тем не менее из легированных автоматных сталей изготовляют венцы зубчатых синхронизаторов автомобилей, червяки, фланцы, рычаги переключения передач, шестерни коленвала, втулки, валы и др.

30. Цементуемые стали используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины. Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).

С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации. Цементуемые углеродистые стали 15, 20, 25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках. Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки). Хромистые стали 15Х, 20Х используются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину h =1…1,5 мм. При закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение. Вследствие этого хромистые стали обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и большей прочностью в цементованном слое.

Дополнительное легирование хромистых сталей ванадием (сталь 15ХФ), способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость. Никель увеличивает глубину цементованного слоя, препятствует росту зерна и образованию грубой цементитной сетки. Хромоникелевые стали 20ХН применяют для изготовления деталей средних и больших размеров, работающих на износ при больших нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые валы). Стали мало чувствительны к перегреву.

Стали, дополнительно легированные вольфрамом или молибденом (18Х2Н4ВА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей. Эти стали являются лучшими конструкционными сталями, но дефицитность никеля ограничивает их применение. Хромомарганцевые стали применяют вместо дорогих хромоникелевых, однако эти стали менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость. Введение небольшого количества титана (0,06…0,12 %) уменьшает склонность стали к перегреву (стали 18ХГТ, 30ХГТ). С целью повышения прочности применяют легирование бором (0,001…0,005 %) 20ХГР, но бор способствует росту зерна при нагреве.

31. Улучшаемые стали — это углеродистые и легированные стали, содержащие 0,3…0,55% углерода, основным способом упрочнения для них является улучшение (закалка и высокий отпуск), обеспечивающее получение структуры сорбита. Содержание углерода определяет близкий уровень механических свойств 900… 1000 МПа, от

650…750 МПа при высокой ударной вязкости как углеродистых, так и легированных сталей. Но эти свойства для углеродистых и легированных сталей достигаются в разных сечениях в зависимости от уровня легирования. Для легированных сталей эти свойства можно получить для деталей большего сечения, упрочняемых во всем объеме. Углеродистые улучшаемые стали 35, 40, 45, 50, 55 имеют низкую прокаливаемость (до 10… 15 мм). В улучшенном состоянии они применяются для изготовления деталей небольшого сечения и простой формы. В отожженном или нормализованном состоянии эти стали используются для изготовления деталей большого сечения, работающих при невысоких нагрузках. Из сталей 40, 45, 50, 55 производят также детали, отдельные части (поверхности) которых работают на износ (шейки и шлицы валов, зубья шестерен и др.). Эти поверхности подвергают местной закалке ТВЧ. Хромистые (35Х, 40Х, 45Х, 50Х) и марганцовистые (35Г, 40Г, 45Г, 40Г2, 45Г2) стали являются наиболее дешевыми среди легированных и применяются для средненагруженных деталей сечением до 30…35 мм. Хромомарганцевые (35ХГ2), хромокремниевые (ЗЗХС, 40ХС) и хромокремнемарганцевые (хромансили ЗОХГСА, 35ХГСА) стали имеют более глубокую прокаливаемость и приобретают после улучшения высокие прочностные свойства в деталях большего сечения — до 60…70 мм. Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 50ХН) используются для изготовления деталей с диаметром сечения до 70 мм, а хромоникельмолибденовые (30ХН2МА, 38ХНЗМА, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА) — до 100 мм и более. Эти стали предназначены для крупных деталей ответственного назначения (валы и роторы турбин, нагруженные детали компрессоров и др.). Хромомолибденоалюминиевая сталь 38Х2МЮА применяется для деталей, подвергаемых после улучшения азотированию. Это детали, работающие в условиях повышенного износа (гильзы цилиндров двигателей, шестерни, шпиндели шлифовальных станков и т.п.).

Читать еще:  Разбивка железнодорожных кривых

Высокопрочные стали

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250oС) или изотермическую закалку с получением структуры нижнего бейнита. После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные стали имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вязкость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпущенные. При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения. концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 oС, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению. Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это связано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что способствует увеличению пластичности.

Мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) превосходят по конструкционной прочности и технологичности среднеуглеродистые легированные стали. Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладоломкости при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструкционной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 oС и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов подводных лодок, батискафов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т.д

33. Пружинная сталь — это низколегированный сплав, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая сталь с очень большим пределом текучести. Это позволяет изделиям из пружинной стали возвращаться к исходной форме несмотря на значительный изгиб и скручивание.Большинство пружинных сталей (как те, что используются в автомобилях) закалены и отпущены до значения 45 по шкале C Роквелла. Пружинные стали и сплавы (ГОСТ 14959-79) — среднеуглеродистые (0,60. 0,80% С), низколегированные (Mn, Si, Cr, Ni и др.) стали, обладающие высокими механическими свойствами, в первую очередь, высокими пределами упругости и прочности, а также повышенной релаксационной стойкостью при достаточной вязкости и пластичности. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть способными к термической обработке — закалке и отпуску. Пружинные стали (стали 65Г, 70, 75; 50ХА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 70С2ХА), в основном, используются для изготовления пружин и рессор.Кроме рассмотренных выше пружинных сталей общего назначения в машиностроении широко применяются пружинные стали специального назначения. К пружинным сталям специального назначения помимо требования высоких механических свойств, могут предъявляться дополнительные требования по физико-химическим свойствам: немагнитность, коррозионная стойкость, низкий или постоянный температурный коэффициент модуля упругости и др.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Полиморфизм и свойства железа.

Содержание железа в земной коре составляет около 4,5%. Это четвертый по распространенности в природе элемент. Ниже температуры 911°C железо существует в низкотемпературной модификации a-Fe, которая имеет объёмно центрированную кубическую элементарную ячейку (ОЦК), с параметром, а = 0.2862 нм. Важной особенностью a-Fe является его ферромагнетизм, проявляющий себя при температурах ниже 768°С, называемой точкой Кюри. В интервале температур от 911°C до 1392 °C железо существует в модификации g-Fe, имеющей гранецентрированную элементарную ячейку (ГЦК) с параметром, а = 0,364 нм. Выше температуры 1392°C железо снова существует в модификации a-Fe. Температура плавления железа составляет 1539 °С.

Размеры пространства, которое может быть занято сторонними атомами, в ОЦК структуре a-Fe составляет около 0,06 нм, в ГЦК структуре g-Fe около 0,1 нм. Различие в размерах структурных вакансий влияет на величину растворимости углерода в a- и g — железе. Диаметр атома углерода равен 0,154 нм. Растворимость углерода в a — железе в основном обусловлена размещением атомов углерода в дефектах кристаллической решетки, так как диаметр структурных вакансий в ОЦК структуре меньше, чем диаметр атома углерода. Величина растворимости углерода в низкотемпературном феррите достигает 0,02% при 727°C, а в высокотемпературном — 0,1% при 1499°С.

а)

б)

Рис. 2.1 Температурная зависимость параметра элементарных ячеек α-, γ— и δ — модификаций железа (слева). Виды элементарных ячеек аллотропных модификаций железа и температуры их фазовых превращений (справа).

В g-Fe атомы углерода с обобществленными электронами размещаются в структурных вакансиях ГЦК решетки. Растворимость углерода достигает 2.14 масс % при 1147 °С.

Плотность железа составляет 7680 кг/м 3 . Предел прочности при растяжении технически чистого железа, содержащего около 0,1% примесей, равен 200 – 250 МПа, относительное удлинение 50 – 60%, твердость 70 – 80 НВ. Повышение степени очистки приводит к снижению прочности и твердости железа. Сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02 масс % C называют техническим железом.

2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3C.

В системе железо-углерод существуют следующие фазы: жидкий расплав, твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение Fe3C (цементит), свободный углерод в виде графита. К структурным составляющим системы Fe – Fe3C относят фазово-зёренные образования перлит и ледебурит, представляющие собой механические смеси сосуществующих фаз.

Читать еще:  Оперативно технологическая связь на железнодорожном транспорте

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в a-Fe , имеющем объемно гранецентрированную кристаллическую структуру. На диаграмме Fe – Fe3C обозначается буквой Ф. Твёрдый раствор, как и α-Fe имеет ОЦК структуру, что определяет малую протяжённость области гомогенности. Низкотемпературный a — феррит содержит до 0,02 масс % углерода, высокотемпературный a — феррит до 0,1 масс % углерода. Техническое железо имеет структуру феррита, который вытравливается на шлифах в виде однородных зерен. Феррит высокопластичен и мягок (80 – 120 НВ), хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в g- Fe (гранецентрированная кубическая структура) с максимальным содержанием углерода 2,14%, при 1147 о C. Условия, ограничивающие область существования аустенита на диаграмме состояния системы Fe -Fe3C. На диаграмме обозначается буквой A. Аустенит существует в температурном интервале от 727 °C до 1490 °C. Микроструктура сплава представлена однородными зернами. Аустенит высокопластичен, но более тверд, чем феррит (160 – 200 НВ). Заметные размеры структурных вакансий около 0,1нм определяют заметную растворимость в аустените различных химических элементов.

Цементит – химическое соединение Fe3C, содержит 6,67 масс % углерода. Самая твердая (800 НВ) и хрупкая составляющая сплавов железа с углеродом. Имеет сложную ромбическую, плотноупакованную структуру. Температура плавления равна 1250°C. До температуры 210 °C цементит магнитен. При высоких температурах разлагается на графит и аустенит. Образует твердые растворы замещения, в которых углерод замещается неметаллами (кислородом, азотом), а железо металлами (марганцем, хромом, вольфрамом и т. д.). Сплавы на основе цементита в чистом виде не используют. Чем больше цементита в железоуглеродистом сплаве, тем выше твердость последнего.

Графит – аллотропическая модификация углерода со слоистой гексагональной структурой и слабой связью между слоями. Графит мягок, прочность его очень низкая. Температура плавления около 3800 °C, плотность 2500 кг/ м 3 . Химически стоек и имеет электропроводность, как у металлов.

Перлит – механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8 масс % углерода и образующаяся в процессе медленного охлаждения при перекристаллизации (распаде) аустенита, ниже температуры 727 о С. Образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при t = 723 °C на феррит и цементит. Такой распад называется эвтектоидным, а перлит — эвтектоидом. Перлит обладает высокими прочностью (ав = 800 МПа), твердостью 200 НВ и повышает механические свойства сплава. Зёренная структура перлита образована чередующимися пластинками феррита и цементита.

Рис. 2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3C. На верхней оси абсцисс отложены массовые % углерода; на нижней оси абсцисс отложены мольные % Fe3C.

Ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита, образуется при кристаллизации сплава с 4,3 масс % углерода при t = 1147°C, (эвтектика между фазами аустенита и цементита). Ледебурит является эвтектикой, образованной между аустенитом и цементитом. При температурах ниже 727 °C аустенит в ледебурите превращается в перлит, и после охлаждения до комнатной температуры ледебурит представляет собой смесь перлита с цементитом. Ледебурит тверд (700 НВ). Имеет сотовое или пластинчатое строение и содержится во всех белых чугунах.

Диаграмма состояния Fe-Fe3C (рис. 2.2) характеризует фазовый состав и превращения в системе железо – цементит (6,67 % С). На оси абсцисс, которая является осью составов, представлено две шкалы показывающие содержание углерода и цементита. Часть диаграммы, имеющая практическое значение, расположена в диапазоне концентраций углерода до 6,67 %, что соответствует химическому соединению Fe3C (цементит Ц). Координаты характерных точек диаграммы приведены в табл. 2.1. Точка A определяет температуру плавления чистого железа, а точка D- температуру плавления (разложения) цементита. Точки N и G соответствуют температурам полиморфных превращений железа. Точки H и P характеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемпературном и низкотемпературном феррите. Точка E определяет наибольшую концентрацию углерода в аустените. Значения остальных точек будут обсуждены позже.

Превращения в сплавах системы Fe – Fe3C происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ликвидус (ABCD) и солидус (AHJECF).

Характерные точки диаграммы состояния железо-цементит

Обозначение точки на диаграммеТемпература в о СКонцентрация углерода в %Обозначение точки на диаграммеТемпература в о СКонцентрация углерода в %
А1539C11474.3
Н14990.1F11476.69
J14990.16G911
B14990.51P7270.02
N1392S7270.8
D15606.67K7276.69
E11472.14

Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите. При понижении температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ES и PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Цементит имеет почти неизменный состав (двойная вертикальная линия DFKL). Цементит, выделяющийся из жидкости, называют первичным; цементит, выделяющийся из аустенита — вторичным; цементит, выделяющийся из феррита — третичным. Соответственно линию DC на диаграмме состояния называют линией первичного цементита, ES- линией вторичного цементита; PQ-линией третичного цементита. В системе железо – цементит происходят три изотермических превращения.

Перитектическое превращение на линии HJB (1499 °С)

Эвтектическое превращение на линии ECF (1147 °С)

Эвтектоидное превращение на линии PSK (727 °С)

Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом (В честь немецкого ученого А. Ледебура), а эвтектоидная смесь феррита и цементита — перлитом.

Еще раз отметим, что эвтектоид — перлит (содержит 0,8 %С) и эвтектику — ледебурит (4,3 %С) рассматривают как самостоятельные структурные составляющие, оказывающие заметное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в перлит, и при температуре 20 – 25°C ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной составляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой находятся колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обработке давлением, затрудняет обработку резанием.

Железоуглеродистые сплавы подразделяют на две основные группы: стали, содержащие до 2,14% C и чугуны, содержащие свыше 2,14% C (табл.2.2).

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 281 ;

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector