ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО УГЛЕРОД ЛИНИИ И ТОЧКИ

ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО УГЛЕРОД

ЛИНИИ И ТОЧКИ • • • • А температура плавления чистого железа (1539 °С) Д температура плавления цементита (ТL ~ 1250°С) N Т( ) = 1392°С полиморфные G T( ) = 911°С превращения АВСCD линия ликвидуса (начало первичной кристаллизации). АHJЕCF – линия солидус (окончание первичной кристаллизации). HJB – перитектическая горизонталь (1499 0 С). ECF эвтектическая горизонталь (1147 0 С). PSK эвтектоидная горизонталь (727 0 С), линия окончания вторичной кристаллизации у сталей, линия перекристаллизации чугунов, точки А 1 для сплавов. GSE – линия начала вторичной кристаллизации у сталей, точки А 3 для сплавов. SE линия предельной растворимости углерода в Fe NH и NJ начало и конец полиморфного превращения высокотемпературного феррита в аустенит (и аустенита в феррит), точки А 4 для сплавов. PQ линия предельной растворимости углерода в Fe. Эвтектика (точка С) – механическая смесь, образующаяся при кристаллизации жидкого раствора. Эвтектоид (точка S) – механическая смесь, образующаяся при распаде твердого раствора. Перитектика (точка J) – твердый раствор

• Феррит твердый раствор внедрения углерода в (ОЦК) железе. Различают низкотемпературный (Fе ) и высокотемпературный (Fe ) феррит. Феррит, является твердым раствором внедрения. Атомы углерода располагаются в решетке Fe в межузлиях. Из за малых размеров этих пор в ОЦК решетке (0, 291 r, где r радиус атома железа) значительная часть атомов углерода располагается на дефектах (вакансиях, дислокациях). Этим объясняется малая растворимость углерода в Fe. Максимальная концентрация углерода в феррите 0, 02 % при 727°С, а при комнатной температуре 0, 006 %. • Феррит мягок и пластичен. Он имеет следующие механические свойства: • в = 250 МПА; о, 2 = 120 МПА; = 50 %; = 70 %; • KCU = 2, 5 МДж/м 2; НВ = 80 кгс/мм 2. • Так же, как и Fe, феррит магнитен до 768 °С. • Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных светлых зерен. Обозначают феррит буквой Ф (либо Fe).

• Аустенит твердый раствор внедрения углерода в (ГЦК) железе. Кристаллическая решетка аустенита ГЦК. Размер пор в ГЦК решетке почти в 2 раза больше, чем в ОЦК решетке. Поэтому растворимость углерода в Fe больше, чем в Fe. Максимальная концентрация углерода в аустените 2, 14 % при 1147 °С и 0, 8 % при 727 °С. Аустенит, так же как и Fe, немагнитен (парамагнитен). Аустенит пластичен = 40 50 %, НВ = 160 200 кгс/мм 2. Обозначают аустенит буквой А (либо фаза). Аустенит имеет пластинчатое строение с прямыми границами.

• Цементит химическое соединение Fe 3 С и содержит 6, 67% С (карбид железа). Кристаллическая решетка цементита сложная. Он тверд (НВ=800 кгс/мм 2), легко царапает стекло и хрупок. Условно температуру плавления цементита считают ~ 1600°С, хотя он до этого не доходит и распадается на железо и графит. Обозначают це ментит буквой Ц (или Fe 3 С).

• Перлит – механическая эвтектоидная смесь феррита и цементита, содержит 0, 8%С. Образуется из аустенита при температуре Т=727 0 С. • = 25 %; НВ = 250 кгс/мм 2. • Под микроскопом перлит выглядит в виде зерен с пластинчатым или зернистым чередованием феррита и цементита. Обозначают перлит буквой П.

• Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита (после первичной кристаллизации) либо перлита и цементита (после перекристаллизации). Содержит 4, 3%С. • = 1 %; НВ = 600 кгс/мм 2. • Под микроскопом перлит выглядит в виде зерен с серыми зернами перлита на белом фоне цементита. Обозначают перлит буквой Л.

Микроструктура: а – доэвтектоидная сталь – феррит (светлые участки) и перлит (темные участки) при 500 х увеличении, б – эвтектоидная сталь – перлит (1000 х), в – заэвтектоидная сталь – перлит и цементит в виде сетки (200 х)

Микроструктура белого чугуна при 500 х увеличении: а доэвтектический чугун – перлит (темные участки) и ледебурит (цементит вторичный в структуре не виден), б – эвтектический чугун – ледебурит (смесь перлита и цементита), в – заэвтектический чугун – цементит (светлые пластины) и ледебурит

• Стали классифицируют по структуре в зависимости от содержания углерода: • сталь с С = 0, 8 % _ эвтектоидная сталь, • сталь с С < 0, 8 % _ доэвтектоидная сталь • сталь с С > 0, 8 % _ заэвтектоидная сталь • Белые чугуны по содержанию углерода делят на: • доэвтектические (С < 4, 3 %) • эвтектические (С = 4, 3 %) • заэвтектические (С > 4, 3 %) • Первичная кристаллизация белых чугунов происходит при 1147°С. Перекристаллизация – при 727 0 С.

Влияние содержания углерода на механические свойства стали

• Постоянными примесями сталей считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород), в разных концентрациях присутствующие в технических сортах стали. • Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими верхними пределами: 0, 8% Mn; 0, 5% Si; 0, 005% Р; 0, 05% S.

• Марганец Mn. Его вводят в сталь для раскисления для устранения вредных окисей железа: Fe. O + Mn → Mn. O + Fe. Марганец также устраняет вредные сернистые соединения железа (сульфид железа) в стали: Fe. S + Mn → Mn. S + Fe. • Кремний Si. Влияние начальных присадок кремния аналогично влиянию марганца. Кремний раскисляет сталь по реакции: 2 Fe. O + Si → 2 Fe + Si. O 2. Кремний структурно не обнаруживается, т. к. полностью растворим в феррите, кроме той части, которая в виде окиси не успела всплыть в шлак и осталась в металле в виде силикатных включений.

• Фосфор. Растворимость фосфора в α– железе достигает 1, 2% (диаграмма с ограниченной растворимостью). Растворяясь в феррите, фосфор резко повышает температуру перехода в хрупкое состояние – порог хладноломкости. При содержании фосфора 0, 005% порог хладноломкости составляет ( 80 0 С), а при 0, 21% Р – (+100 0 С).

• Сера S. Она попадает в металл из руд, а также из печных газов – продуктов горения топлива (SO 2). Содержание серы в высококачественных сталях не должно превышать 0, 02– 0, 03%, для стали обычного качества допускается повышенное содержание – 0, 03 0, 4%. Сера нерастворима в железе (диаграмма с эвтектикой) и любое ее количество образует с железом сернистое соединение – сульфид железа Fe. S, который входит в состав эвтектики, образующейся при 9880 С. Наличие легкоплавкой и хрупкой эвтектики, расположенной по границам зерен, делает сталь хрупкой при 800 0 С и выше, т. е. при температурах красного каления, т. е. порог красноломкости.

Сернистые соединения: а – в виде оторочек по границам зерен, х100; б – в виде обособленных включений, х100; в – в виде сульфида марганца, х500

Газы. Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах, зависящих от способа производства. Содержание этих веществ определяют, расплавляя пробу металла в вакууме и измеряя количество газов, выделившихся из жидкого металла. Повышенное содержание водорода приводит к опасным внутренним микротрещинам (флокенам). Оксиды и нитриды являются хрупкими соединениями и соответственно ухудшают свойства стали. Оптимальным средством уменьшения газов служит выплавка или разливка стали в вакууме.