Диаграммы состояния «железо-цементит» и «железо-графит».

Существует две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов - метастабильная и стабильная. Метастабильная диаграмма отражает структурно-фазовое состояние сплавов, в которых углерод находится в связанном состоянии - в виде метастабильного химического соединения – цементита. Хотя цементит термодинамически менее устойчив, чем графит, его образование по кинетическим соображениям является более вероятным.

Метастабильная диаграмма состояния «железо-цементит», в упрощённом виде, выглядит следующим образом:

Здесь по оси Х отложено содержание углерода в массовых процентах от 0 до 6, 67 %, что соответствует содержанию цементита от 0 до 100 %. Точка А (1539°С) соответствует температуре плавления чистого железа, точка D (1260 °С) – температуре плавления (распада) цементита. Точка G (911°С) является точкой полиморфного превращения железа из a- в g-модификацию или наоборот. Линия ACD является линией ликвидус, а линия AECF – линией солидус. На линии ECF (1147 °С) происходит эвтектическое превращение, а на линии PSK (727 °С) – эвтектоидное. Линия ES характеризует растворимость углерода в аустените, а линия PQ – растворимость углерода в феррите. Области существования различных фаз на диаграмме состояния отмечены большими буквами. Участок диаграммы состояния от 0 до 2, 14 % С соответствует сталям, а остальная её часть – чугунам.

Стабильная диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов отражает фазовый состав сплавов, в которых углерод находится в виде стабильной фазы – графита. Такую диаграмму называют «железо-графит». От метастабильной диаграммы «железо-цементит» она отличается тем, что её линии немного смещены вверх и влево, а вместо цементита присутствует графит.

 

 

6. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ

 

Общая характеристика и способы получения сталей и чугунов

Стали и чугуны являются железоуглеродистыми сплавами сложного состава. Помимо железа и углерода в них всегда присутствуют такие примеси, как Mn, Si, S, P и газы (O, N, H). Эти примеси называют постоянными. Кроме постоянных примесей в сталях и чугунах могут также в небольшом количестве содержатся случайные примеси, такие как Cr, Cu, Ni и др.

Стали отличаются от чугунов более низким содержанием углерода и всех постоянных примесей. В сталях углерода содержится менее 2, 14%, а в чугунах – больше 2, 14%. Примерный химический состав низкоуглеродистых сталей и передельных чугунов приведён в следующей таблице:

Таблица 1

	С, %	Si, %	Mn, %	P, %	S, %
Сталь	0, 14 – 0, 22	0, 2 - 0, 3	0, 4 – 0, 65	0, 05	0, 055
Чугун	4 – 4, 4	0, 76 – 1, 26	до 1, 75	0, 15 – 0, 3	0, 03 – 0, 07

 

Кристаллизация сталей, согласно диаграмме «железо-цементит», завершается образованием аустенита, а чугунов – механической смеси аустенита и цементита, т.е. ледебурита. По этой причине стали, в отличие от чугунов, являются более пластичными материалами и лучше обрабатываются давлением при нагреве. Однако чугуны имеют более высокие литейные характеристики.

Чугуны получают в доменных печах из железных руд, содержащих железо в виде некоторых химических соединений, обычно в виде окислов. Доменный процесс состоит в восстановлении этих окислов твёрдым углеродом топлива (кокса) и печными газами (в основном СО). Продуктом доменного производства является восстановленное из окислов железо, обогащённое углеродом и постоянными примесями, то есть чугун.

Стали получают в сталеплавильных печах из чугунов. Сущностью процесса передела чугуна в сталь является снижение содержания в сплаве углерода и всех постоянных примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак или газы. В процессе выплавки стали окисляются не только примеси, но и основной компонент сплава – железо. При этом расплав оказывается насыщенным окислами железа FeO, которые могут существенно ухудшить свойства готовой стали. Для уменьшения содержания кислорода в сталях на заключительном этапе их выплавки проводят операцию раскисления. В жидкий расплав вводят Mn, Si и Al, которые более активны к кислороду, чем Fe. В результате окислы железа восстанавливаются, а кислород поступает в шлак. Схема реакций раскисления следующая:

 

Mn ® MnO шлак

FeO + Si ® Fe + SiO₂

Al ® Al₂O₃

По степени раскисления стали подразделяются на кипящие, спокойные и полуспокойные. Спокойные стали полностью раскислены Mn, Si и Al. Кипящие стали раскислены не полностью (только Mn), и процесс их раскисления продолжается в ковше. При этом кислород, содержащийся в сталях, взаимодействует с углеродом и образуются пузырьки газа СО, которые при бурном выделении создают эффект кипения. Схема этой реакции следующая:

FeO + С ® Fe + СО

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Агрегатные состояния вещества
2. Агрегатные состояния и превращения веществ
3. Агрегатные состояния и фазовые переходы
4. Альтернативные состояния сознания. Гипноз и внушение
5. Анализ движения и технического состояния основных средств.
6. Анализ состава, динамики и состояния основных средств
7. Анализ состояния дебиторской задолженности
8. Анализ состояния и использования трудового потенциала.
9. Анализ состояния и перспективы развития средств воздушного нападения вероятного противника
10. Анализ состояния основных производственных фондов ООО «Новострой»
11. Анализ состояния охраны труда в колхозе (СПК) «Имени Ленина» Гомельского района.
12. Анализ финансового состояния заемщика.