Диаграмма состояния «железо - цементит»

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Перед началом изучения диаграммы «железо - цементит» необходимо повторить аллотропические (полиморфные) превращения в железе. Рассмотрение диаграммы следует начать с анализа всех превращений, протекающих в железоуглеродистых сплавах при медленном охлаждении и получающиеся при этом структуры, особенно превращения в твердом состоянии.

Запомните, что в результате вторичной кристаллизации по линии GS при охлаждении начинается превращение аустенита в феррит вследствие аллотропического превращения γ -железа в α -железо. Так как в феррите максимально растворяется 0, 04 % углерода (точка Р), в аустените количество углерода все время увеличивается. Каждая точка линии GS показывает содержание углерода в аустените при данной температуре. Критические точки, образующие линию GS, принято обозначать при нагреве Ас , а при охлаждении - Аг . По линии ES при охлаждении из аустенита начинает выделяться вторичный цементит вследствие уменьшения растворимости углерода в аустенит при понижении температуры. Цементит содержит 6, 67 % углерода, поэтому в остающемся аустените количество углерода уменьшается. Каждая точка линии ES показывает содержание углерода в аустените при данной температуре (правило отрезков). Критические точки, образующие линию ES принято обозначать Аcm. На линии РSК происходит окончательный распад аустенита по реакции А_S Ф_P +Ц с образованием структуры перлита во всех сплавах системы. Из аустенита образуется механическая смесь фаз пластинчатой морфологии, состоящая из феррита и цементита - эвтектоид, так как в равновесном состоянии γ -железо при температурах ниже 727°С существовать не может, α -железо практически углерод не растворяет (точка Р). При температуре 727°С во всех сплавах содержится в аустените 0, 8% С (точка S, куда сходятся линии GS и ЕS), значит состав перлита также постоянен и содержит 0, 8% углерода. Критические точки, образующие линию РSК, при нагреве обозначают Ас , а при охлаждении Аr .

В заэвтектоидных сталях ниже линии ЕS предельная концентрация углерода в аустените снижается, что инициирует выход атомов углерода из решетки аустенита с образованием цементита вторичного.

Необходимо отметить, что температура, при которой из аустенита начинает выделяться феррит или цементит (линии GS и ЕS), зависит от состава сплава, а превращение аустенита в перлит происходит во всех сплавах при одной и той же температуре (727°С). Нужно знать, что в простых углеродистых сплавах в равновесном состоянии при температуре ниже 727°С аустенит существовать не может, он распадается на перлит (эвтектоидную смесь феррита и цементита). Равновесными структурами железоуглеродистых сплавов являются: аустенит, феррит, перлит, цементит, ледебурит. Запомните разницу между эвтектикой и эвтектоидом: то и другое представляют собой механическую смесь фаз, но эвтектика - продукт первичной кристаллизации, она получается при одновременной кристаллизации двух или нескольких фаз из жидкого раствора, а эвтектоид — продукт вторичной кристаллизации, он образуется при распаде твердого раствора. Хорошо разберитесь в процессах, протекающих при нагревании и охлаждении сплавов с различной концентрацией углерода. Особое внимание обратите на критические точки, в которых происходит вторичная кристаллизация, и на получающиеся структуры.

Вопросы для самопроверки

1. Какие превращения происходят в сплавах железо - цементит по линиям GS и ЕS?

2. При какой температуре происходит образование перлита?

3. Укажите, что из себя представляют все структуры в железоуглеродистых сплавах?

4. Сколько углерода растворяется в аустените при 1147°С и при 727°С?

5. Назовите линии первичной кристаллизации на диаграмме железо-цементит?

6. Назовите структуры до- и заэвтектических серых чугунов?

Углеродистые стали

Разберите маркировки углеродистых сталей в соответствии с качеством и назначением по ГОСТу. Изучите влияние углерода и основных примесей на свойства углеродистой стали. Запомните, что вредное влияние фосфора проявляется при эксплуатации стальных деталей, сера же главным образом затрудняет горячую обработку давлением. На работу деталей она практически не влияет, так как детали из углеродистых сталей при высоких температурах не работают. Основное внимание обратите на требования к конструкционным и инструментальным сталям. Запомните, что в конструкционных сталях содержание углерода не превышает 0, 65%, так как при большем содержании углерода детали становятся хрупкими. В инструментальных сталях, наоборот, содержание углерода должно быть выше 0, 7%, так как инструмент в первую очередь должен быть твердым (кроме штампов, деформирующих металл в горячем состоянии).

Вопросы для самопроверки

1. Как влияет углерод на свойства сталей?

2. Почему практически не применяются стали, в которых углерода более 1, 35%?

3. Как влияют основные постоянные примеси на свойства стали?

4. Как влияют фосфор и сера на свойства стали?

5. Какая разница в свойствах при одинаковом содержании углерода между сталью обыкновенного качества, качественной и высококачественной?

6. Какая сталь называется автоматной? Область ее применения?

7. Расшифруйте марки сталей: ВСт4кп, 60, У12А. Укажите область их применения?

Чугуны

В отличие от сталей, чугун широко применяется как конструкционный материал для изготовления фасонных отливок, так как обладает хорошими литейными свойствами. Уясните для себя, какие чугуны называются белыми, а какие - серыми. Содержание углерода в них может быть одинаковым, однако состояние углерода – различно. В серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита и имеет форму пластинок. Металлическая основа может быть перлитной или ферритной.

Разбирая механические свойства чугунов с графитом, обратите внимание на форму графитовых включений и их количество, так как от этого зависит прочность чугуна. Графит в меньшей степени снижает пластичность и вязкость металлической основы чугуна, если не имеет форму в виде пластин. Изменение формы графита из пластинчатой на хлопьеобразную или спиралеподобную может быть получено при отжиге белых чугунов (ковкие чугуны) и в высокопрочных чугунах в результате модифицирования. Надо знать способы получения ковких чугунов. Следует иметь в виду, что ковкие чугуны, несмотря на их название, ковать нельзя.

В высокопрочных чугунах, модифицированных магнием, графит имеет шарообразную форму, что еще больше увеличивает прочность и пластичность. Высокопрочные чугуны могут выдерживать и некоторые ударные нагрузки. Уясните сущность модифицирования чугунов. Нужно знать, что металлическая основа у серых, ковких и высокопрочных чугунов может быть одинаковая - перлитная или ферритная.

Обязательно нужно знать маркировку чугунов по ГОСТу. В отличие от стали чугуны маркируются не по содержанию углерода, а по механическим свойствам, так как при одинаковом содержании углерода они могут иметь разные свойства.

Вопросы для самопроверки

1. В каком состоянии находится углерод в белых и серых чугунах?

2. Как влияют основные примеси на свойства чугунов?

3. Укажите способы упрочнения серых чугунов?

4. Как получают ковкий чугун?

5. Какова форма графита в модифицированных чугунах?

6. Как маркируются серые, ковкие и высокопрочные чугуны?

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒