Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Диаграмма состояния ЖЕЛЕЗО—ЦЕМЕНТИТ




Читайте также:
  1. III.4.2.1. Диаграмма резервуара
  2. Агрегатные состояния вещества.
  3. Агрегатные состояния и термодинамические фазы
  4. Адиабатические изменения состояния в атмосфере
  5. Акты гражданского состояния
  6. Акты гражданского состояния
  7. Анализ изменения энергетического состояния залежи.
  8. Анализ имущественного состояния компании
  9. Анализ процесса изменения технического состояния гидрофильтра
  10. Анализ состояния запасов

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Начало изучению железоуглеродистых сплавов и процессов термической обработ­ки было положено опубликованной в 1868 г. ра­ботой Д. К. Чернова «Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных ору­диях и собственные исследования Д. К. Чернова по этому же предмету». Д. К. Чернов впервые указал на существование в стали критических точек и дал первое представление о диаграмме железо—цементит. В дальнейшем изучению же­лезоуглеродистых сплавов и построению диаграмм железо — углерод были посвяящены работы Ф. Осмонда, Ле-Шателье (Франция), P. Аустена (Англия), А. А. Байкова и Н.Т. Гудцова Россия), Розенбаума (Голландия), П. Геренса (Германия) и др.

Основными компонентами, от которых зави­сит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. Чистое же­лезо — металл серебристо-белого цвета; темпе­ратура плавления 1539°С. Железо имеет две по­лиморфные модификации: а и у- Модификация а существует при температурах ниже 911°С и вы­ше 1392°С; y-железо — при 911—1392°С.

В зависимости от температуры и концентра­ции углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие.

1. Феррит(Ф)— твердый раствор внедре­ния углерода в a-железе. Растворимость углеро­да в а-железе при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая растворимость — 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ 80—100) и прочность (ов = 250 МПа), но высокую пластичность (6 = 50%; ψ = 80%).

2. Аустенит(А) — твердый раствор внед­рения углерода в у-железе. В железоуглеродис­тых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная раствори­мость углерода в у-железе 2,14% при температу­ре 1147°С и 0,8% — при 727°С. Эта температу­ра является нижней границей устойчивого суще­ствования аустенита в железоуглеродистых спла­вах. Аустенит имеет твердость НВ 160—200 и весьма пластичен (6 = 40—50%).

3. Цементит (Ц) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В це­ментите содержится 6,67% углерода. Температу­ра плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ~800), хрупок и практически не об­ладает пластичностью. Цементит неустойчив и в определенных условиях распадается, выделяя свободный углерод в виде графита по реакции Fe3C-v3Fe + C.



4. Графит — это свободный углерод, мягок (НВ 3) и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в ви­де включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.

5. Перлит (П) — механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образую­щийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита (пластинки или зерна) и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности ов = 800 МПа; относительное удлинение 6=15%; твердость НВ 160. Перлит образуется следующим образом. Пластинка (глобуль), цементита начинает расти или от границы зерна аустенита, или центром кристаллизации является неметаллическое вклю­чение. При этом соседние области обедняются углеродом и в них образуется феррит. Этот про­цесс приводит к образованию зерна перлита, со­стоящего из параллельных пластинок или глобулей цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойства перлита.



6. Ледебурит (Л) — механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при за­твердевании жидкого расплава при 1147°С. Леде­бурит имеет твердость НВ 600—700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом.

Помимо перечисленных структурных составля­ющих в железоуглеродистых сплавах могут быть нежелательные неметаллические включения: окислы, нитриды, сульфиды, фосфиды — соеди­нения с кислородом, азотом, серой и фосфором. На их основе могут образовываться новые струк­турные составляющие, например фосфидная эв­тектика (Fe-f РезР + Ре3С) с температурой плав­ления 950°С. Она образуется при больших содер­жаниях фосфора в чугуне. При содержании фос­фора около 0,5—0,7% фосфидная эвтектика в виде сплошной сетки выделяется по границам зерен и повышает хрупкость чугуна.

Диаграмма состояния железо — цементит. В диаграмме состояния железо — цементит (Fe—Ре3С) рассматриваются процессы кристал­лизации железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна) и превращения в их структурах при мед­ленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры. Диаграмма (рис.18) по­казывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С). Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% — чугуном.



Диаграмма состояния Fe—РезС представлена в упрощенном виде. Первичная кристал­лизация, т. е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса ACD. Точка А на этой диаграм­ме соответствует температуре 1539° плавления (затвердевания) железа, точка D — температу­ре ~1600°С плавления (затвердевания) цементи­та. Линия солидуса AEСF соответствует темпе­ратурам конца затвердевания. При температу­рах, соответствующих линии АС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии CD — цементит, называемый первичным цементитом. В точке С при 1147°С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристал­лизуется аустенит и цементит (первичный), образуя эвтектику — ледебурит. При темпера­турах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окон­чательно затвердевают с образованием аустени­та. На линии солидуса ECF сплавы с содержа­нием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно за­твердевают с образованием эвтектики (ледебу­рита) и структур, образовавшихся ранее из жид­кого -сплава, а именно: в интервале 2,14— 4,3% С — аустенита, а в интервале 4,3— 6,67% С — цементита первичного (см. рис. 18).

В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14%, т. е. в сталях, образуется однофазная структу­ра — аустенит. В сплавах с содержанием угле­рода более 2,14%, т. е. в чугунах, при первичной кристаллизации образуется эвтектика леде­бурита.

 

 

Рис. 5.2. Диаграмма состояния Железо цементит (в упрощенном виде):

А. - аустенит, П — перлит, Л — ледебурит, Ф — феррит. Ц - цементит

 

Вторичная кристаллизация (превра­щение в твердом состоянии) происходит при тем­пературах, соответствующих линиям GSE, PSK. и GPQ. Превращения в твердом состоянии про­исходят вследствие перехода железа из одной ал­лотропической модификации в другую в а) и в связи с изменением растворимости углерода в аустените и феррите. С понижением температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цемен­тита.

В области диаграммы AGSE находится аусте­нит. При охлаждении сплавов аустенит распа­дается с выделением феррита при температурах, соответствующих линий GS, и цементита, назы­ваемого вторичным, при температурах, соответ­ствующих линии SE. Вторичным называют цементит, выделяющийся из твердого раствора аустенита, в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкого расплава. В области диаграммы GSP находится смесь фер­рита и распадающегося аустенита. Ниже линии GP существует только феррит. При дальнейшем охлаждении до температур, соответствующих линии PQ, из феррита выделяется цементит (тре­тичный). Линия PQ показывает, что с пониже­нием температуры растворимость углерода в феррите уменьшается от 0,02% при 727°С до 0,005% при комнатной температуре.

В точке S при содержании 0,8%i углерода и температуре 727°С весь аустенит распадается и превращается в механическую смесь феррита и
цементита — перлит. Сталь, содержащую 0,8% углерода, называют эвтектоидной (рис. 19,6). Стали, содержащие от 0,02,до 0,8% углерода, называют доэвтектоидными (рис. 19, а), а от 0,8 до 2,14% углерода — заэвтектоидными (рис. 19, в).

 


Рис. 5.3. Микроструктура.

а - доэитектоидная сталь — феррит (светлые участки) и перлит (тем­ные участки) при 500» увеличении, б — эвтектоиднай сталь — перлит (1000х), в — заавтектоидная сталь — перлит и цементит в виде сетни (200»)

 

При температурах, соответствующих линии PSK, происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перли­та, представляющего собой механическую смесь феррита и цементита. Линию PSK называют ли­нией перлитного превращения.

При температурах, соответствующих линии SE, аустенит насыщен углеродом, и при пониже­нии температуры из него выделяется избыточный углерод в виде цементита (вторичного).

Вертикаль DFKL означает, что цементит име­ет неизменный химический, состав. Меняется лишь форма и размер его кристаллов, что суще­ственно отражается на свойствах сплавов. Са­мые крупные кристаллы цементита образуются, когда он выделяется при первичной кристалли­зации из жидкости.

Белый чугун, содержащий 4,3% углерода, на­зывают эвтектическим (рис. 20). Белые чугуны, содержащие от 2,14 до 4,3% углерода, на­зывают доэвтектическими, а от 4,3 до 6,67% уг­лерода — заэвтектйческими.

По достижении температуры, 727°С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8% углерода), превращает­ся в перлит. После окончательного охлаждения доэвтектические белые чугуны состоят из перли­та, ледебурита (перлит+цементит) и цементита (вторичного). Чем больше в структуре такого чу­гуна углерода, тем меньше в нем перлита и боль­ше ледебурита.

Белый эвтектический чугун (4,3% углерода) при температурах ниже 727°С состоит только из ледебурита. Белый заэвтектический чугун, со­держащий более 4,3% углерода, после оконча­тельного охлаждения состоит из цементита (пер­вичного) и ледебурита. Следует отметить, что при охлаждении ледебурита ниже линии PSK входящий в него аустенит превращается в пер­лит, т. е. ледебурит при комнатной температуре представляет собой уже смесь цементита и перли­та. При этом цементит образует сплошную мат­рицу, в которой размещены колонии перлита. Та­кое строение ледебурита является причиной его большой твердости (НВ>600) и хрупкости.

Диаграмма состояния железо цементит имеет большое практическое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ков­ка, горячая штамповка, прокатка) железоугле­родистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения темпера­туры плавления, что необходимо для назначе­ния режима заливки жидкого железоуглеродис­того сплава в литейные формы.

 


Дата добавления: 2014-12-03; просмотров: 27; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.011 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты