Диаграмма состояния железо - углерод. ,

 

В зависимости от соотношения компонентов и температуры в железоуглероди­стых сплавах образуются различны структурные составляющие и структуры, отра­жаемые диаграммой состояния этих сплавов.

Упрощенная диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов приведена на рис, 9.15. Она построена в пределах концентрации углерода не от 0 до 100%, а от 0 до 6,67%, т.е. до образования первого химического соединения - карбида железа-FезС. Такое построение объясняется тем, что образующееся в сплавах химическое соедине­ние ведет себя как самостоятельный компонент. Это позволяет рассматривать диа­граммы состояния

сплавов с такими соединениями по частям. С другой стороны, ограничение диаграммы состояния железо-углерод указанным спла­вом оправдывается тем, что применяемые в практике сплавы этой системы содержат углерода обычно менее 5%.

Таким образом, в качестве компонентов применяемых в практике железо­углеродистых сплавов можно рассматривать железо (феррит) и цементит. Поэтому диаграмму состояния этил, сплавов иногда назы­вают диаграммой железо-цементит (Fе-FезС).

Диаграмма характеризуется следующими линиями: линией ликвидуса - АСВ; линией солидуса AECF, точкой С - точкой эвтектического                                                                                                                                эвтектоидного превращения PSK.

Левая часть диаграммы с содержанием углерода от 0 до 2% характеризует ста- ли, а правая часть с содержанием углерода от 2 до 6,67% - чугуны.

В соответствии с диаграммой состояния сплавы железа с содержанием урлерода до 4,3% начинают затвердевать на участке АС линии ликвидуса, выделяя кристаллы твердого раствора (аустенита), а с содержанием углерода свыше 4,3% - на участке CD линии ликвидуса, выделяя кристаллы химического соединения - цементита (пер­вичного). Окончательно затвердевают сплавы на линии солидуса AECF.

Непосредственно после затвердевания сплавы, расположенные- на диаграмме состояния левее точки Е (2% С), однородны и состоят из зерен аустенита, а сплавы, расположенные правее точки Е - неоднородны и представляют собой механическую смесь из зерен аустенита и цементита. При этом в сплаве с 4,3% углерода (точка С) образуется эвтектическая смесь, называемая ледебуритом.

Сплавы, характеризующие стали (левее точки Е), затвердевают при перемен­ной температуре по линии АЕ и после затвердевания имеют однородную структуру, состоящую из зерен аустенита. Благодаря однородной структуре стали обладают вы­сокой пластичностью, позволяющей обрабатывать их давлением (ковкой, прокаткой и т.д.)

Сплавы, характеризующие чугуны (правее точки Е), кристаллизация заканчи­вается при постоянной температуре 1130°С (линия ЕСТ) образованием эвтектики ле­дебурита. Наличие хрупкой, легкоплавкой эвтектики препятствует обработке, давле­нием, но улучшает литейные их свойства.

Окончательная структура сталей и чугунов при нормальной температуре оп­ределяется рядом превращении в твердом состоянии которые протекают при темпе­ратурах, соответствующих линиям GS. SE и ECF диаграммы состояния железо-углерод.

Рассмотрение структур и превращений в твердом состоянии удобнее качать со стали с 0.8% С. претерпевающей одно превращение в точке S при температуре 723°С. При охлаждении после затвердевания эта сталь до точки S состоит из зерен твердого раствора аустенита. В точке S аустенит становится неустойчивым и распадается.

Причиной распада является полиморфное ревращение железа (χ-Fe—>а-Fе).Так как углерод весьма ограниченно растворим в а-железе, то при превращении выделяется богатая углеродом фаза - цементит. Таким образом в результате распада аустенита образуется мелкодисперсная ферритно-цементитная смесь полосчатого строения (рис. 9.16.6), называемая перлитом,

Рис.9.16.Схемы микстур доэвтектоидной (а)эвтектоидной (б)заэвтектоидной стали

В отличие от эвтектики, образующейся при затвердевании жидкости, смесь, образующуюся в результате распада твердого раствора, называют эвтектоидом. Образование эвтектоида в железоуглеродистых сплавах происходит при постоянной температуре 723°С (обозначается A₁), незави­симо от весовых соотношений компонентов.

Стали, расположенные на диаграмме левее точки S, называют доэвтектоидными, соответствующие точке S -эвтектоидными, а правее точки S - заэвтектоидными.

В доэвтектоидных сталях при температурах, соответствующих линии GS (ме -сто критических точек А3), начинается процесс перекристаллизации аустенита в фер­рит. Поэтому при дальнейшем понижении температуры концентрация углерода в ау-стените будет повышаться и в точке a1 (линия PSK) достигнет эвтектоидной, т.е. 0,8%. Так как аустенит звтектоиддой концентрации ниже точки A1 неустойчив, он распадается с образованием перлита; Таким образом, структура медленно охлажден­ных доэвтектоидных сталей (рис.- 9.16.а) состоит; из зерен феррита (светлые участ-ки),выделившиеся из аустенита в интервале температур между линиями GS и PSK, и перлита (участки полосчатого строения), образовавшегося в результат распада аустенита при 723°С.Очевидно, что с увеличением содержания углерода количество" перлита в доэвтектоидных сталях, будет увеличиваться, а феррита соответственно уменьшаться. При содержании 0,8% С структура стали будет состоять из одного пер­лита.

Превращение аустенита в заэвтектоидных сталях начинается на линии пре­дельной растворимости углерода SE (место критических точек Аm). При этой темпе­ратуре из аустенита начинает выделяться избыточный углерод в виде богатой им фа­зы - вторичного цементита. При дальнейшем понижении температуры количество выделившегося цементита увеличивается, поэтому концентрация углерода в аустени-те уменьшается и в точке A1 (линия PSK) достигает эвтектоидной. Оставшийся аусте­нит .при этой температуре превращается в перлит. Таким образом, структура медлен­но охлажденных зазвтектоидных сталей (рис. 9.16.в) состоит из вторичного цементи­та (светлая сетка), выделившегося в интервале температур между линиями SE и PSK, и перлита (участки полосчатого строения), образовавшегося в результате распада ау­стенита при температуре 723°С. С повышением содержания углерода количество вторичного цементита (толщина сетки) в заэвтектоидных сталях увеличивается.

Как отмечалось выше структура чугунов на диаграмме состояния отражена областью, расположенной правее точки Е, и кристаллизация их заканчивается при постоянной температуре 1130°С. Поэтому линию ECF диаграммы состояния назы­вают линией эвтектического превращения.

Структура чугуна с 4,3% С непосредственно после затвердевания (точка С) со­стоит из однородной аустенитно-цементитной эвтектической смеси - ледебурита. При дальнейшем охлаждении из аустенита (как и в заэвтектоидной стали) выделяется вторичный цементит. В связи с этим аустенит обедняется углеродом и, достигнув при температуре 723°С (линия PSK) эвтектоидной концентрации, распадается с образо­ванием перлита. Так как выделяющийся из аустенита вторичный цементит

 

смешивается с цементитом эвтектоидного происхождения и структурно не обнаруживается структура ледебурита при нормальной температуре состоит из перлита и цементита (рис. 9.17.6). Чугун с такой структурой называется эвтектическим, а точка С, отражающая содержание этого чугуна, называется эвтектической точкой.

Чугуны, расположенные левее точки С, называются доэвтектическими, а пра­вее - заэвтектическйми.

Доэвтектические чугуны начинают затвердевать по линии - АС выделением первичных кристаллов аустенита. Поэтому по мере понижения температуры жидкая часть сплава обогащается углеродом и при 1130°С, достигнув эвтектической концен­трации, т.е. 4,3%, затвердевает с образованием эвтектики (ледебурита). Таким обра­зом, доэвтектические чугуны непосредственно после затвердевания состоят из кри­сталлов аустенита, выделившихся в интервале температур между линиями АС и С, и ледебурита, образовавшегося в результате затвердевания жидкой части сплава эвтек­тической концентрации при температуре 1130°С. При дальнейшем охлаждении пер­вичный цементит и аустенит ледебурита выделяют вторичный цементит и, достигнув температуры 723°С, превращаются в перлит. Поэтому структура доэвтектических чугунов при нормальной температуре состоит из перлита и ледебурита (рис, 9.17.а).

В отличие от доэвтектических, заэвтектические чугуны начинают затвердевать с выделением кристаллов первичного цементита, н испытывающего, при охлаждении никаких превращений. Поэтому после затвердевания их структура (рис. 9.17.в) состо­ит из кристаллов первичного цементита (светлые иглы и ледебурит).

В рассмотренных чугунах весь углерод находится в связанном состоянии в ви­де химического .соединения - карбида железа Fe С. Такие чугуны в излом имеют бе­лый оттенок, поэтому их называют белыми. В связи с высокой твердостью, вызванной наличием большого количества цементита, белые чугуны c большим трудом подда­ются обработке резанием и в практике находят ограниченное применение. При опре­деленных условиях зависящих от скорости охлаждения химического состава или термической обработки чугуна, карбид железа может распадаться с образованием графита. Чугуны, в которых часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, имеют в изломе серый оттенок, поэтому их называют серыми. Структуру се­рых чугунов отображает диаграмма состояния железо-углерод (графит).

9.4. Термическая, химико-термическая и               термомеханическая обработка стали.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: