Общие сведенья по железоуглеродистым сплавам

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими литейными сплавами. Чугун – это многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими элементами, характеризующийся эвтектическим превращением. Процессы, протекающие при кристаллизации, и образующиеся структурные составляющие можно проследить по двойной диаграмме равновесного состояния (рисунок 7).

Рисунок 7 – Двойная диаграмма железо-цементит (линии: сплошные система Ф–Г; штриховые система А(Ф)–Ц)

По диаграмме состояния системы железо·цементит судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо–цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными – диаграмма состояния железо–графит (стабильная).

В системе железо-цементит (Fe–Fе₃С) имеются следующие фазы: жидкий раствор, твердые растворы – феррит и аустенит, а также химическое соединение – цементит.

Аустенит (g-Fe) – твердый раствор углерода в g-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2, 14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности, твердость- 160-200 НВ.

Феррит - твердый раствор углерода a- железе.

Цементит Fе₃С – химическое соединение (карбид) железа содержащий 6, 67% углерода. Температура плавления около 1250°С. Цементит является метастабильной фазой, при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит обладает высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его на растяжение очень мала (40 МПа).

Перлит (до 2, 0%С) - смесь Ф+Ц и содержании углерода 0, 83% в процессе распада аустенита. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого): σ = 800-900 МПа; δ < 16%; твердость 180-220 НВ.

Ледебурит является смесью двух фаз А + Ц, образующихся при 1130°С в сплавах, содержащих от 2, 0 до 6, 67% С. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ> 600) и хрупкостью.

На диаграмме состояния Fe – Fе₃С имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).

Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.

Линия ABCD – линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF – линия конца кристаллизации сплава (солидус).

В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD – жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4, 3% С и температуре 1130°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь – ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2, 0 до 6, 67% С (чугуны).

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2, 0%С).

В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита, а по линии SE – вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS – нижних критических точек.

В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз – феррита и распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' – смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.

В точке S при содержании 0, 8% С и при температуре 723°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита – перлит.

Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.

Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).

Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе₃С отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода.

На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения – возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):

– стали - до 2, 14% С, не содержат ледебурита;

– чугуны - более 2, 14% С, содержат ледебурит.

В зависимости от содержания углерода железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:

– менее 0, 83 – доэвтектоидные стали;

– 0, 83 – эвтектоидные стали;

– 0, 83–2, 0 – заэвтектоидные стали;

– 2, 0–4, 3 – доэвтектические чугуны;

– 4, 3–6, 67 – заэвтектические чугуны.

Классификация чугунов

Чугун самый распространенный литейный материал: примерно 75% отливок получают из чугунов, которые классифицируют следующим образом.

1. По форме углерода, обуславливающего вид излома.

1.1. Серый чугун с пластинчатым графитом (СЧПГ) – графит находится в основном в свободном состоянии.

1.2. Белый чугун (БЧ) – чугун, в котором весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита, имеет матово-белый излом. БЧ обладает высокой твердостью, хрупкостью, практически не поддается обработке режущим инструментом. Широко применяется для изготовления деталей дробильного оборудования (брони шаровых мельниц, мелющие шары), лопастей шнеков.

1.3. Отбеленный чугун (половинчатый) – внешняя часть состоит из БЧ, а внутренняя из СЧ.

1.4. Ковкий чугун (КЧ) – чугун с хлопьевидным графитом, получается в результате отжига белого чугуна. Обладает высокой прочностью и платичностью. Изготавливают детали, работающие при ударных и вибрационных нагрузках.

1.5. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) используется для деталей ответственного назначения, работающих при высоких статических, ударных и циклических нагрузках под воздействием агрессивных сред. Получение шаровидного графита достигается при введении в расплав сфероидизирующих модификаторов.

1.6. Чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ). Занимает промежуточное положение между чугунами с пластинчатым и шаровидным графитом, сочетает хорошие литейные свойства с более высокими, чем у серого чугуна, прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Получают обработкой расплава РЗМ-содержащими лигатурами (Ce, Y).

2. По химическому составу: низко-, средне- и высоколегированные.

3. По назначению в зависимости от условий эксплуатации: износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, ростоустойчивые, антифрикционные, ковитационные, со специальными электрическими свойствами.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒