Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

тектическому, тем в нем больше фазы а,.

Для доперитектических сплавов (сплав /) перитектическая реакция не приводит к полному затвердеванию сплава, так как наряду с вновь образовавшейся фазой сохраняется жидкая фаза:

+ -»+ Жй(ост)-

В интервале температур точек 2-3 из оставшейся жидкой фазы выделяются кристаллы а-фазы. Полное затвердевание сплава произойдет в точке 3, причем структура сплава будет однофазная, где трудно отличить кристаллы ас, образовавшиеся при перитектической реакции, от кристаллов а, образовавшихся непосредственным выделением из жидкого раствора.

Диаграмма состошия сплавов с поли-мсффным превращением одного из компонентов. Большой практический интерес представляют сплавы, у которых один из компонентов или оба имеют полиморфные превращения. В этих сплавах в результате термической обработки можно получать метасгабильные состояния структуры с новыми свойствами.

Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов представлена на рис. 3.9. Сплав / после полного затвердевания при температуре точки 2 в твердом состоянии в интервале температур точек 3 и 4 изменяет кристаллическую струк-. туру. Это вызвано полиморфизмом компонента А, который до температуры точки Ау имеет тип кристаллической решетки А„, а при температуре более высокой-Ау. Причем кристаллическая решетка А такая же, как у компонента В, в результате чего между ними образуется непрерывный ряд твердых растворов.

В сплавах, составы которых лежат между точками и х, превращение у-»а при охлаждении не заканчивается и

l\ 1 \

Рис. 3.9. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов

сплав остается двухфазным (у + а). Сплавы, составы которых лежат правее точки х, в твердом состоянии превращений не имеют, структура у них однофазная-у.

Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтнстоидным превращением. Из анализа диаграммы, представленной на рис. 3.10, можно заключить, что после кристаллизации всех сплавов данной системы в определенном интервале температур образуется твердый раствор у, который при понижении температуры ниже испытывает эвтектоидное превра-


Рис. 3.10. Диаграмма состояиия сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением



щение: YctE+Pf- Образовавшуюся смесь двух твердых фаз принято называть эвтектоидом. В связи с переменной растворимостью компонентов в твердых растворах аир при дальнейшем охлаждении следуют вторичные выделения твердых растворов. Наблюдаемые в микроскоп вторичные выделения р„ и а„ показаны на структурной схеме сплавов, приведенной под диаграммой на рис. 3.10.

Физические и механические свойства сплавов в равновесном состоянии. Свойства сплава в значительной степени определяются фазовым составом, о котором можно судить по диаграмме состояния. Впервые на связь между видом диаграммы и свойствами указал Н. С. Курнаков.

Для систем, образующих непрерывные твердые растворы, зависимость свойств от состава фаз изображается кривыми линиями, а для двухфазных смесей-прямыми линиями (рис. 3.11). Эти закономерности указывают на то.


Пористость

Рис. 3.11. Закономерности Н. С. Курнакова

что у твердых растворов такие свойства, как твердость HJ3, удельное электрическое сопротивление р, коэрцитивная сила и другие, всегда превосходят аналогичные свойства исходных компонентов.

Упрочнение при сохранении пластичности твердых растворов используют на практике. Так, при растворении в железе кремния или марганца (в количестве 2%) прочность увеличивается в 2 раза, а пластичность снижается всего на 10%. Растворение алюминия (в количестве 5%) в меди повышает прочность сплава в 2 раза, а пластичность остается на уровне пластичности меди. Твердые растворы обладают и другими уникальными физическими и химическими свойствами. При растворении Ni (в количестве 30%) в железе теряются ферромагнитные свойства при температурах 20-25 °С; раствор, содержащий более 13% Сг, делает железо коррозионно-стойким. В связи с этим твердые растворы получили широкое применение не только как конструкционные материалы, но и как материалы с особыми физическими свойствами.

Большой практический интерес представляют технологические свойства твердых растворов.

Сплавы в состоянии твердых растворов хорошо обрабатываются давлением и трудно-резанием. Литейные свойства твердых растворов, как правило, неудовлетворительные. Наилучшей жид-котекучестью обладают эвтектические сплавы (см. рис. 3.11).

Промежуточные фазы в большинстве случаев обладают высокими твердостью, температурой плавления и хрупкостью (карбиды, нитриды, бориды, оксиды и др.).

Закономерности, отмеченные

Н. С. Курнаковым, являются основой при разработке составов сплавов с заданными свойствами. Однако эти закономерности относятся к сплавам в равновесном состоянии, поэтому применение их ограничено.



3.3. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы железо-углерод. Это объясняется тем, что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы.

Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метаста-бильная, характеризующая превращения в системе железо-карбид железа (цементит), и стабильная, характеризующая превращение в системе железо - графит.

На то, что система железо-графит является более стабильной, чем система железо-цементит, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т. е. переходит в более стабильное состояние.

Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом. Железо и углерод - элементы полиморфные.

Железо с температурой плавления 1539 °С имеет две модификации - а и у. Модификация Fe„ существует при температурах до 911 °С и от 1392 до 1539 °С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при температуре 20-25 °С). Важной особенностью Fe„ является его ферромагнетизм ниже температуры 768 °С, называемой точкой Кюри.

Модификация Fe существует в интервале температур от 911 до 1392°С и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК решетка. В связи с этим при переходе Fe„ в Fe объем железа уменьшается приблизительно на 1 %. FCy парамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метаста-бильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным

становится ал.маз. (Это используют при получении синтетических алмазов.)

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф или а)-твердый раствор внедрения углерода в Fe,. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите мала и составляет 0,02%, в высокотемпературном-0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Fe, обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях).

Феррит-мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами: Ое = 300 МПа; 6 = 40%; \1; = 70%; KCV = 2,5 МДж/м; НВ 800- 1000.

Аустенит* (обозначают А или у)-твердый раствор внедрения углерода в Fe. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (НВ 1600-2000) при температуре 2(>-25°С.

Цементит (обозначают Ц) - карбид железа (почти постоянного состава) FcjC. Содержит 6,69 %С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (НВ 8000) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при температуре 210 °С. Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. Она установлена равной 1260 °С при нагреве лазерным лучом.

Графит-углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную

в честь английского ученого Р. Аустена.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65