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


ТАБЛИЦА 3.1.

Характерные точки диаграммы состояния железо-цемеи-тит

0,02 0,81 22,13 "гУ/

10 20 30 90 SO ВО 70 80 Fe,C,A

п+л л лц

\ Ф*П Ф*Цт

Рис. 3.12. Диаграмма состояния Fe -FeC

кристаллическую решетку. Графит элек-тропроводен. химически стоек, малопрочен, мягок.

Превращения в сплавах системы железо-цементит. Диаграмма состояния Fe-FcjC (рис. 3.12) характеризует фазовый состав и превращения в системе железо - цементит (6,69 % С). Особенность диаграммы - наличие на оси составов двух шкал, показывающих содержание углерода и цементита. Координаты характерных точек диаграммы приведены в табл. 3.1. Точка А определяет температуру плавления чистого железа, а точка Ь-температуру плавления цементита. Точки Л и G соответствуют температурам полиморфных превращений железа. Точки Н и Р характеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемпературном и низкотемпературном феррите. Точка Е определяет наибольшую концентрацию углерода в аустените. Значения остальных точек будут ясны после проведенного анализа диаграммы.

Превращения в сплавах системы Fe-FcjC происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом

Обозначение точки на диаграмме

Температура,

°С

Концентрация углерода, %

1539

1499

1499

0,16

1499

0,51

1392

1260

6,69

1147

2,14

1147

1147

6,69

0,02

6,69

состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ликвидус {ABCD) и солидус (AHJECF). Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите; при понижении температуры эта 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 DFKI). Цементит, выделяющийся из жидкости, называют первичным; цементит, вьщеляю-щийся из аустенита,-вторичным; цементит, выделяющийся из феррита,- третичным. Соответственно линию CD на диаграмме состояния называют линией первичного цементита, £S-линией вторичного цементита; -линией третичного цементита. В системе железо - цементит происходят три изотермических превращения:

перитектическое превращение на линии HJB (1499 °С)

Ф„ + ЖвАу,



эвтектическое превращение на линии ECF (1147°С)

эвтектоидное превращение на линии PSK (727 °С)

Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом , а эв-тектоидная смесь феррита и цементита-перлитом.

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: 0 = 800--900 МПа; (То.2 = 450 МПа; 616%; ЯВ 1800-2200. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в перлит, и при температуре 20-25 °С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной составляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (>НВ 6000) и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обработке давлением, затрудняет обработку резанием.

Железоуглеродистые сплавы подразделяют на две группы: стали, содержащие до 2,14% С, и чугуны.

Кристаллизация сталей. Кристаллизация чистого железа протекает изотермически при температуре 1539°С, а сплавов железа с углеродом-в интервале температур. Рассмотрим вначале верхний участок диаграммы состояния (рис. 3.13), где происходит перитектиче-ское превращение.

t,>c

1533

1332

п ш ш

1 1\

! 1 1

0,1 0,1В

0,51 С

В честь немецкого ученого А. Ледебура.

Рис. 3.13. Часть диаграммы состояния Fe-FCjC для сталей, испытывающих пери-тектическое превращение

Сплав /, содержащий менее 0,1 %С, не испытывает перитектического превращения. Он кристаллизуется в интервале температур точек 1-2. При этом составы жидкой фазы и феррита изменяются по обычным законам кристаллизации твердых растворов. Образуется зернистая структура, состоящая из кристаллов феррита. В интервале темНера-тур точек 3-4 происходит перекристаллизация феррита в аустенит, вызванная полиморфизмом железа.

Сплав содержащий 0,16%С при кристаллизации из жидкой фазы в интервале температур точек S 9, образует кристаллы феррита, которые при температуре точки 9 имеют состав точки Я, а оставшаяся жидкость состав точки В. При температуре 1499 °С протекает перитектическая реакция. Кристаллы феррита взаимодействуют с жидкой фазой, и образуются кристаллы аустенита состава точки J. Согласно правилу фаз перитектический процесс идет изотермически и при постоянной концентрации фаз, так как число степеней свободы при этом процессе равно нулю.

Сплавы типа П имеют содержание углерода от 0,1 до 0,16%. В интервале температур точек 5-6 выделяется феррит. При температуре точки 6 в сплаве II содержатся избытки феррита. В результате перитектический процесс заканчивается образованием новой фазы



1 >

\1ф*иш


Рис. 3.14. Часть диаграммы состояния Fe -FCjC для сплавов, не испытывающих (о) и испытывающих (б) эвтектоидное превращение

0,02 £,% а)

Q 0,02 0,8 2/fC,%

аустенита при сохранении некоторого количества феррита:

При дальнейшем охлаждении этот остаток феррита перекристаллизуется в аустенит с тем содержанием углерода, которое имеет сплав.

Сплавы типа IV содержат углерод от 0,16 до 0,51%. При температуре точки они имеют избыток жидкой фазы, по сравнению со сплавом III. В результате перитектический процесс заканчивается образованием аустенита при сохранении некоторого количества жидкой фазы:

Фн + Жв = -I- Жв,„„,

При дальнейшем охлаждении в интервале температур точек 11-12 оставшаяся жидкая фаза затвердевает, образуя аустенит. Концентрация углерода в аустените ниже температуры точки 11 изменяется по линии JE.

Таким образом, все рассмотренные сплавы, лежащие ниже линий NJ и JE, находятся в твердом состоянии и имеют аустенитную структуру.

Превращени.ч сталей в твердом состоянии. Большинство технологических операций (термическая обработка, обработка давлением и др.) проводят в твердом состоянии, поэтому рассмотрим более подробно превращения сталей при температурах ниже температур кристаллизации (ниже линии NJE).

Рассмотрим превращения, протекающие в сталях при охлаждении из однофазной аустенитной области (рис. 3.14).

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С (точка Р диаграммы), называют техническим железом.

Если углерода содержится меньше 0,0002 % (сплав /), то при охлаждении от температуры точки / до температуры точки 2 происходит перекристаллизация аустенита в феррит. Однофазная фер-ритная структура сохраняется вплоть до температуры 20-25 °С (рис. 3.15, я).

При содержании углерода в техническом железе больше 0,0002%, как в сплаве II, после образования феррита, начиная с температуры точки 5, происходит вьщеление из феррита кристаллов третичного цементита. Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в феррите (см. линию PQ, рис. 3.14). Конечная структура будет двухфазной: феррит и третичный цементит, причем цементит располагается в виде прослоек по границам фер-ритных зерен (рис. 3.15,6). Третичный цементит ухудшает технологическую пластичность.

При температуре 20-25 °С третичный цементит имеется во всех железоуглеродистых сплавах, содержащих более 0,0002% С. Однако роль третичного цементита в формировании свойств невелика, так как его содержание мало по сравнению с цементитом, выделившимся при других фазовых превращениях. Обычно при рассмотрении структуры сплавов с содержанием углерода более 0,02% о третичном цементите не упоминают.

Сплав Я (см. рис. 3.14) с содержани-



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