HomeСвойства металла › Построение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом

Построение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом

Построение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом Диаграммы состояний обычно строят термическим методом . Сначала получают множество кривых охлаждения сплавов с различным процентным содержанием составляющих элементов в зависимости от температуры и времени охлаждения. Кривые охлаждения строят аналогично построению кривых охлаждения для определения полиморфных превращений. По перегибам и остановкам на кривых охлаждения определяют критические температуры и критические точки сплава.

 

Критической называется температура, при которой происходит изменение в строении, а значит и в свойствах металлов и сплавов. При критических температурах кривые охлаждения резко изменяют свой характер.

Критическими точками называются точки перегиба /, 2, 3,4 на кривых охлаждения (рис. 12). Однотипные критические точки (например, точки /) кривых охлаждения соединяют линией (линия АС). Комплекс линий, объединяющих критические точки сплавов, в зависимости от химического состава сплава и его температуры представляет собой диаграмму состояния.

 

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. При кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуются следующие структурные составляющие: аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит.

 

А у стен ит — твердый раствор углерода в у-железе. Сплавы с содержанием углерода до 2% (стали) при высоких температурах (выше 723° С) имеют структуру чистого аустенита (на диаграмме, изображенной на рис. 13, область AESG). Кристаллическая решетка аустенита — гранецентрированный куб. При нормальной температуре (18-24° С) аустенит в простых железоуглеродистых сплавах увидеть нельзя. Аустенит, обладающий высокой пластичностью (8 = 40-50%) и низкой твердостью (НВ170-200), хорошо поддается горячей обработке давлением (ковке, штамповке и прокатке).

Феррит — твердый раствор углерода в а-железе. В феррите растворяется очень мало углерода (до0,02%). Техническое железо имеет структуру чистого феррита (на диаграмме область GPQ). Кристаллическая решетка феррита — объемно-центрированный куб. Феррит, обладающий высокой пластичностью и низкой твердостью (6 = 40-50%; НВ80-120), хорошо поддается обработке давлением в холодном состоянии (волочению, штамповке) . Чем больше феррита в сплавах, тем они мягче и пластичнее.

 

Цементит — самая твердая (НВ800) и хрупкая (6 = 0%) составляющая железоуглеродистых сплавов- представляет собой химическое соединение железа и углерода (карбид железа Fe3C), содержащее 6,67%. углерода. Кристаллическая решетка цементита сложная. Особенность цементита состоит в том, что в присутствии значительного количества некоторых элементов, например кремния Si, цементит может вообще не образоваться или может распадаться с образованием углерода — графита и железа. Сплавы из чистого цементита на практике не применяют. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и хрупче.

 

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83% углерода. Перлит образуется при перекристаллизации (разложении) аустенита при температуре 723° С (на диаграмме линия РК). Распад аустенита на перлит называется эвтектоидным превращением, а перлит — эвтектоидом. Перлит присутствует во всех железоуглеродистых сплавах при температурах ниже 723° С, обладает высокой прочностью (сгв до 80 кгс/мм2) и твердостью (НВ200). Чем мельче включения феррита и цементита в перлите, тем выше показатели его механических свойств. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических свойств сплава.

 

Ледебурит—механическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при кристаллизации жидкого сплава с содержанием углерода 4,3% при постоянной температуре 1147°С (точка С на диаграмме). Ледебурит- единственный из всех железоуглеродистых сплавов, который кристаллизуется при постоянной температуре с образованием механической смеси. Такая кристаллизация называется эвтектической, а ледебурит — эвтектикой. Ледебурит обладает большой хрупкостью и высокой твердостью (НВ700), хорошими литейными свойствами. Ледебурит содержится во всех высокоуглеродистых сплавах, называемых белыми чугунами.

 

Практическое использование диаграммы состояний. Применяемые в промышленности железоуглеродистые сплавы содержат не более 4,5% углерода. Сплавы железа с углеродом до 2% называются сталями, сплавы железа с углеродом более 2%-чугунами.

Линия ACD — линия ликвидус -изображает температуру начала затвердевания сталей и чугунов. Выше температуры сплав полностью расплавляется, т. е. Переходит в жидкое состояние.

Линия AECF- линия солидус — изображает температуру окончания затвердевания и начала плавления сталей и белых чугунов. Между линиями ликвидус и солидус сплавы находятся в жидко-твердом состоянии.

Для практического использования диаграммы проследим за структурными превращениями характерных железоуглеродистых сплавов при их охлаждении. Сплав I (сталь содержит углерода менее 0,83%), Выше линии АС сплав находится в жидком состоянии, С понижением температуры на линии АС начинают кристаллизоваться первые включения аустенита.

 

При дальнейшем понижении температуры количество закристаллизовавшегося аустенита увеличивается и при температуре, соответствующей линии АЕ, сталь, состоящая из аустенита, полностью затвердевает. Ниже линии АЕ сталь охлаждается без превращений до температуры, соответствующей линии GS. При этой температуре из твердого аустенита начинают выделяться зерна феррита с очень малым содержанием углерода, поэтому в оставшемся аустените количество углерода увеличивается.

Сплав II (сталь содержит углерода 0,83%). Процесс кристаллизации идет между линиями ликвидус АС и солидус АЕ, аналогично кристаллизации сплава I (см. рис. 13). Закристаллизовавшийся аустенит охлаждается до точки S. При температуре 723° С, соответствующей точке S, происходит перекристаллизация аустенита с образованием перлита (эвтектоидное превращение). Сталь, имеющую структуру перлита, называют эвтекто-идной (рис. 14,е). Строение эвтектоидной стали при нормальных температурах пластинчатое, т. е. сталь состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.

 

Сплав III (сталь содержит углерода более 0,83%). Кристаллизация сплава III аналогична кристаллизации сплава I. При температуре ниже линии АЕ сталь имеет структуру аустенита. На линии ES из аустенита по границам его зерен начинают выделяться включения с содержанием углерода 6,67%-цементит. Поскольку цементит в этом случае образовался из твердого аустенита, т. е. при перекристаллизации стали, его называют вторичным цементитом — Цп. Вторичный цементит выделяется из аустенита при понижении температуры до 723° С.

 

При температуре 723°С происходит эвтектоидное превращение. Оставшийся аустенит, содержащий углерода 0,83%, перекристаллизуется в перлит. При нормальных температурах структура стали с содержанием углерода более 0,83% состоит из перлита и вторичного цементита. Вторичный цементит располагается в виде сетки по границам зерен перлита.

 

Сплав IV (чугун содержит углерода более 2%). Выше линии АС сплав находится в жидком состоянии. С понижением температуры на линии АС начинают кристаллизоваться первые включения аустенита. При дальнейшем понижении температуры количество закристаллизовавшегося аустенита все время увеличивается. При достижении температуры 1147° С (на линии EF) оставшаяся часть жидкого расплава моментально кристаллизуется с образованием механической смеси аустенита и цементита, т. е. происходит эвтектическая кристаллизация с образованием эвтектики ледебурита. Начиная с температуры 1147 до 723° С из аустенита выделяется вторичный цементит Цц. При температуре 723° С происходит эвтектоидное превращение — из аустенита образуется перлит.

 

При нормальных температурах структура чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и эвтектики ледебурита. Эвтектика ледебурита после эвтектоидного превращения представляет собой механическую смесь перлита и цементита. Чугуны с содержанием углерода до 4,3% называются доэвтектическими чугунами. Если углерод находится в чугунах в химически связанном состоянии с железом, т. е. в цементите, то такие чугуны называются белыми чугунами. Микроструктура сплава IV, представляющего собой доэвтектический белый чугун, показана на рис. 14,5.

 

Сплав V (чугун содержит 4,3% углерода). До температуры 1147°С сПлав находится в жидком состоянии. При температуре 1147° С (точка С на диаграмме) происходит эвтектическая кристаллизация с одновременным образованием включений аустенита и цементита. От температуры 1147 до 723° С из аустенита выделяется вторичный цементит. При температуре 723°С происходит эвтектоидное превращение — из аустенита образуется перлит. Чугун с содержанием углерода 4,3% называют эвтектическим белым чугуном. При нормальных температурах структура белого эвтектического чугуна состоит из включений перлита и цементита.

 

Сплав VI (чугун содержит углерода 4,3%). При температуре выше линии CD сплав находится в жидком состоянии. На линии CD начинают кристаллизоваться включения цементита, который называют первичным цементитом Ц\\. При понижении температуры до 1147° С количество цементита все время увеличивается. На линии EF при температуре 1147°С происходит эвтектическая кристаллизация (оставшаяся часть жидкого расплава кристаллизуется с одновременным образованием включений аустенита и цементита). При дальнейшем понижении температуры до 723° С первичный цементит сохраняется.

39

Ниже линии EF из аустенита эвтектики при охлаждении выделяется вторичный цементит Цц. При температуре 723° С происходит эвтектоидное превращение -из аустенита образуется перлит. Чугуны с содержанием углерода более 4,3% называют заэвтектическими. При нормальных температурах структура белого заэвтектического чугуна состоит из включений пер« вичного цементита и эвтектики ледебурита, представляющей собой при нормальных температурах смесь перлита и цементита.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.