Диаграмма состояния системы железо- цементит.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 49Следующая ⇒

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет вид, упрощенно представленный на рис. 6.1.

Узловые точки диаграммы имеют общепринятые международные обозначе­ния большими буквами латинского алфавита: A,(B),C,D,E… Ввиду того, что сплавы с содержанием более 6,67% углерода в тех­нике не применяются, используется не вся диаграмма желе­зо— углерод, а только ее левая часть — система железо — цементит.

Во всех железоуглеродистых сплавах в интервале темпе­ратур между линиями ликвидуса (АСD) и солидуса (АЕСF) происходит первичная кристаллизация. Выше линии ликвидуса сплавы находятся в жидком состоянии. Это области температур проведения металлургических и плавильных технологических операций, разливки сплавов. Ниже ли­нии солидуса — в твердом: это область температур проведения технологических операций горячей обработки давлением, различных видов термообработки заготовок и изделий.

Первичная кристаллизация железоуглеродистых сплавов начинается ниже линий АС и СD, а заканчивается на линии AE и СF.

Первичная кристаллизация сплавов — сталей, содержа­щих углерода до 2,14%, происходит с образованием кристаллов аустенита и заканчивается на линии АЕ ниже которой, до линий GS и SЕ (геометрическое место точек, соответствующих критическим температурам А₃ и A_cm), ста­ли имеют структуру аустенита.

Сплавы с содержанием угле­рода более 2,14% называются чугунами.

Первичная кристаллизация сплавов—доэвтектических чу­гунов, содержащих углерода от 2,14 до 4,30%, начинается с образования и роста кристаллов аустенита, состав кото­рых будет изменяться по линии АЕ. Ниже линии АBС сплав состоит из жидкой фазы и кристаллов аустенита. При дальнейшем понижении температуры в связи с выделением кристаллов аустенита жидкая фаза обогащается углеродом и при температуре 1147°С будет содержать угле­рода 4,3%, а твердая фаза (аустенит) —2,14% С. При этой температуре оставшийся жидкий сплав с содержанием угле­рода 4,3% кристаллизуется в эвтектику (ледебурит), состоя­щую из кристаллов аустенита с предельным содержанием углерода 2,14% и цементита–6,67% С. После первичной кристаллизации структура доэвтектических чугунов состоит из аустенита и ледебурита.

Первичная кристаллизация сплавов — заэвтектических чугунов, содержащих углерода свыше 4,3%, начинается ни­же линии СD. Из жидкого сплава выделяются кристаллы первичного цементита. При понижении температуры из-за кристаллизации первичного цементита жидкая фаза будет обедняться углеродом до 4,3% и при температуре 1147°С закристаллизуется в эвтектику (ледебурит). После первичной кристаллизации структура заэвтектических чугунов состоит из первичного це­ментита и ледебурита. На линии ЕСF при температуре эвтектического превра­щения находятся в равновесии три фазы: жидкий сплав, кристаллы аустенита и цементита.

Вторичная кристаллизация железоуглеродистых сплавов начинается ниже линий GS, SЕ и ЕСF, а заканчивается на ли­ниях GP и РSK. Линия GS определяет температуру начала процесса перекристаллизации аустенита в феррит (при ох­лаждении обозначается A_r3) или окончание процесса перекристаллизации феррита в аустенит (при на­греве обозначается A_c3). Линии GS и SЕ определяют предельную растворимость углерода в аустените, а линия QР — в феррите.

Вторичная кристаллизация сплавов — доэвтектоидных сталей с содержанием углерода до 0,8%, начинается с обра­зования и роста кристаллов феррита. С понижением тем­пературы, из-за кристаллизации феррита, количество аустенита уменьшается, а содержание углерода в аустените увеличивается (по линии GS) и достигает 0,8% при темпе­ратуре 727°С. Ниже этой температуры аустенит образует перлит - эвтектоид, состоящий из множества пар кристаллов феррита и цементита. Образование цементита связано с тем, что максимальная растворимость углерода в альфа-железе составляет 0,02% (при температуре 727°С), а в гамма-железе она из­меняется по линиям GS, достигая 0,8%.При образовании феррита выделяющийся из аустенита углерод образует с железом химическое соединение Fе₃C — цементит (вторичный). Образование перлита происходит при вторичной кристаллизации, превращение называет­ся эвтектоидным, в отличие от эвтектического (эвтектика об­разуется из жидкого раствора). Температура образования перлита обозначается (охлаждение), соответственно температура превращения перлита в аустенит A_с1 (нагревание).

В сплавах с содержанием угле­рода до 0,02% вследствие уменьшения растворимости углерода в альфа-железе по линии PQ при понижении температуры кристаллизуется третичный цементит и после окончательного охлажде­ния структура таких сталей состоит из феррита и третичного цементита. Сплавы, содержащие углерода до 0,006%, являются одно­фазными и после вторичной кристаллизации имеют струк­туру феррита (рис.6.2а).

Структура доэвтектоидной стали с содержанием углерода от 0,02 до 0,8% после окончательного охлаждения состоит из феррита и перлита (рис.6.2 б-е).

Вторичная кристаллизация сплавов — заэвтектоидных сталей с содержанием углерода от 0,8 до 2,14% начинается с образования и роста кристаллов вторичного цементита по границам кристаллов аустенита. Образо­вание вторичного цементита связано с уменьшением рас­творимости углерода в гамма-железе (аустените) по линии ES и происходит до тех пор, пока в оставшемся аустените содержание углерода не уменьшится до 0.8% при температуре 727°С. При этой температуре аустенит распадается с образованием эвтектоида – перлита(рис.6.2 ж).

После окончательного охлаждения структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цементита(рис.6.2.з). Вторичная кристаллизация сплавов — доэвтектических чугунов начинается ниже линии EC с выделения кристаллов вторичного цементита из аустенита вследствие уменьшения предельной растворимости углерода в аустените (в том числе и в аустените, входящем в состав ледебурита) в соответствии с линией SЕ. При достижении температуры 727°С (линия РSК) аустенит, обедненный углеро­дом до эвтектоидного состава (0,8% С), превращается в пер­лит. После окончательного охлаждения структура доэвтекти­ческих чугунов состоит из перлита, превращенного ледебурита (перлита и це­ментита) и вторичного цементита. Вторичная кристаллизация сплавов — заэвтектических чугунов (с содержанием углерода свыше 4,3%) начинается ниже линии CF с выделения кристаллов вторичного цементита из кристаллов аустенита,входящих в состав ледебурита. При охлаждении до температуры 727°С аустенит, обедненный углеро­дом до 0.8%, превращается в перлит.

После окончательного охлаждения структура заэвтектических чугунов состоит из кристаллов первичного цементита и превращенного ледебурита.

В табл. 6.1 приведена характеристика технологических обозначений критиче­ских температур железоуглеродистых сплавов.

Та б л и ц а  6.1 

Технологические критические температуры железоуглеродистых сплавов

Критические		Линия или точка  на диаграмме состояния	Характер превращения
Точка	Температра°С
, ,	727	РSК	Эвтектоидное, (перлитное) при охлаждении и аустенитное при нагреве.
	768	Температура Кюри	Переход магнитного альфа-железа (феррита) в немагнитное состояние (при нагреве) и обратно (при охлаждении)
, ,	727 -911	GS	Начало выделения (вторичной кристаллизации) феррита (при охлаждении) или окончание растворения фер­рита в аустените (при нагреве)
	727 -1147	SE	Предельная растворимость углерода в гамма-железе. Выделение (при охлаждении) или растворении (при нагреве) вторичного цементита
--	1147	ECF	Эвтектическое (ледебуритное) превращение
	1400	—	Полиморфное превращение (при нагреве и обратно при охлаждении)

 Микроструктура углеродистой стали в отожженном состоянии. По структуре в равновесном состоянии стали классифицируется  на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидные стали с содержанием углерода до 0,8% имеют структуру, состоящую из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода в стали количество феррита пропорционально уменьшается, а количество перлита увеличивается. Изменяются размеры и форма феррита. Если структура состоит из одного фер­рита (техническое железо), обычное травление 4%-ным раствором азотной кислоты в спирте выявляется только границы зерен феррита. При более глубоком трав­лении появляется незначительная разница в цвете зерен феррита, которая зависит от их ориентации относительно поверхности шлифа. При малом содержании углерода в ста­ли (до 0,2%) феррит имеет вид зерен, по стыкам которых располагаются участки перлита. При среднем содержании углерода (0,3—0,5%) феррит и области перлита имеют вид зерен. При содержании углерода, близком к эвтектоидному, феррит располагается вокруг областей перлита в виде сетки (рис. 6.2).

По микроструктуре углеродистой доэвтектоидной стали в отожженном состоянии можно определить содержание углерода, в образце формуле “ правила отрезков ”:

,

где С — искомое содержание углерода в стали, в %; П — доля площади, занятая перлитом, на визуально наблюдаемой поверхности шлифа, в процентах от площади шлифа.

Например: В микроструктуре образца стали в поле зрения микроскопа пло­щадь шлифа, занятая перлитом, составляет 30%. Тогда содержание углерода в стали будет равно 0.8*30:100=0.24%.

Сталь с содержанием углерода 0,8%, имеющая структуру перлита, называется эвтектоидной. В зависимости от формы кристаллов цементита, перлит подразделяют на зернистый – с круглой формой кристаллов и пластинчатый – с вытянутой (рис.5.2).

Стали, содержащие углерод свыше 0,8%, называются заэвтектоидными. Их структура состоит из перлита и вто­ричного цементита. В структуре заэвтектоидной стали це­ментит (вторичный) может иметь форму сетки, зерен и игл (рис.6.2). При травлении кислотными реактивами цементит не про­травливается и в поле зрения микроскопа остается светлым, также как ферритная сет­ка в доэвтектоиднои стали. В зависимости от содержания углерода в углеродистой стали в отожженном равновесном состоянии изменяется её микроструктура и соответственно механические свойства стали (табл.6. 2.).

Таблица 6.2

Механические свойства стали в зависимости от содержания углерода

Глава 7. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

7.1 Классификация углеродистых сталей.

Сталь основной металлический материал используемый для изготовления деталей машин, приборов, строительных конструкций и инструментов. Широкое использование стали обусловлено комплексом механических, физико- химических и технологических свойств, а также приемлимым уровнем стоимости. Изменяя химический состав стали, можно в широких пределах менять её свойства с учетом особенностей применения. Из всего объема стали, выпускаемого металлургической промышленностью, 85% приходится на долю углеродистой стали, 15% - легированной. Сталь основной металлический материал используемый для изготовления деталей машин, приборов, строительных конструкций и инструментов. Широкое использование стали обусловлено комплексом механических, физико- химических и технологических свойств, а также приемлимым уровнем стоимости. Изменяя химический состав стали, можно в широких пределах менять её свойства с учетом особенностей применения. Из всего объема стали, выпускаемого металлургической промышленностью, 85% приходится на долю углеродистой стали, 15% - легированной. Углеродистые стали классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии. По содержанию углерода стали подразделяются на низкоуглеродистые

 (<0,3%C); среднеуглеродистые (0,3-0,6%С); высокоуглеродистые (>0,7%С).

По структуре различают 1) доэвтектоидные стали, содержащие до 0,8% углерода, имеющие феррито- перлитную структуру; 2) эвтектоидную сталь, содержащую около 0,8% углерода, со структурой перлита; 3) заэвтектоидные стали, содержащие 0,8 – 2,14% углерода, со структурой перлита и цементита.

По способу производства различают стали, выплавляемые в электропечах, мартеновских печах и кислородно-конвертерным способом. Наилучшими свойствами обладает электросталь, содержащая наименьшее количество вредных примесей - серы, фосфора и неметаллических включений.

По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные  стали. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода. Спокойные стали, раскисленные марганцем, кремнием и алюминием, имеющими большее сродство к кислороду, чем железо, содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляются марганцем, повышенное содержание кислорода в момент разливки приводит к его взаимодействию с углеродом. Выделение пузырьков оксида углерода (СО) создает впечатление кипения стали, чем и обусловлено её название. Кипящие стали имеют химическую неоднородность и газовую пористость в слитке, но достаточно дешевы. Благодаря низкому содержанию кремния (< 0,05%) кипящие стали хорошо штампуются в холодном состоянии. Недостатком кипящей стали является высокий порог хладноломкости. Кипящие стали производят низкоуглеродистыми, благодаря чему газовые и усадочные поры при прокатке завариваются. Полуспокойные стали раскисляются марганцем и кремнием.

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные стали. Под качеством стали понимают совокупность свойств,

определяемых металлургическим процессом её производства (металлургическое качество). Однородность химического состава, строения и свойств стали, её технологичность в значительной степени зависит от содержания скрытых примесей (кислорода, водорода, азота), вредных примесей - серы, фосфора и неметаллических включений. Основным показателем для разделения по качеству являются нормы содержания вредных примесей. Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05% серы, фосфора – не более 0,04%, качественные стали содержат не более 0,04% серы, фосфора – не более 0,035%, высококачественные не более 0,025% серы и фосфора. Свойства углеродистых сталей зависят от содержания углерода и постоянных, в том числе скрытых примесей. Стоимость стали возрастает по мере повышения ее качества.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов