Головна

залізовуглецевих сплавів

  1. Види подвійних сплавів
  2. Дифузійне насичення сплавів металами та неметалами
  3. Дифузійне насичення сплавів вуглецем і азотом
  4. Жидкотекучесть сплавів і фактори, що впливають на неї
  5. Вироби з мінеральних розплавів
  6. Класифікація та маркування кольорових металів і сплавів

При змішуванні заліза і вуглецю утворюються такі фази:

- Рідкий і тверді розчини вуглецю в залозі, а також такі тверді фази як, хімічна сполука карбід заліза Fe3C і графіт.

Можливе утворення двох граничних твердих розчинів вуглецю в поліморфних модифікаціях заліза.

Твердий розчин вуглецю в a-Fe являє собою розчин впровадження, тобто атоми вуглецю займають певну частину октаедричних пустот в ОЦК кристалічній решітці a-Fe. Твердий розчин вуглецю в a-залізі називається ферит. Зміст вуглецю в низькотемпературному феррите досить невелике при 20 ° С <0,02%, тому міцності фериту невисокі: твердість - 80 ... 100 НВ, sв = 300МПа. Але ферит має досить високу пластичність d = 40%, y = 70%. У той же час нерівноважний пересичений a-твердий розчин - мартенсит, Одержуваний загартуванням високотемпературної фази, може містити вуглецю до 2,14%, відповідно, твердість мартенситу багато вище ніж у фериту. Залежно від вмісту вуглецю твердість мартенситу може підвищуватися більше 600 НВ.

Рівноважний ферит може бути присутнім в структурі залізовуглецевих сплавів при температурах нижче 911 ° С. Але вище 1 392 ° С також можливе утворення твердого розчину вуглецю в ОЦК залізі Він називається d- твердим розчином або високотемпературним d-ферритом.

Граничний g-твердий розчин вуглецю в ГЦК залозі теж відноситься до твердих розчинів впровадження, але параметр решітки у ГЦК заліза більше ніж у a-Fe, більше і розміри октаедричних пустот, в яких розміщуються розчинені атоми вуглецю, відповідно, розчинність вуглецю в g-Fe вище, до 2,14% мас. Твердий розчин вуглецю в g-Fe називається аустенит. Аустеніт пластичний, але міцніше фериту, його твердість 100-200НВ.

Крім граничних твердих розчинів в метастабільною системі Fe-F3C присутня проміжна фаза - карбід заліза F3C, яка називається цементит. Кристалічна решітка цементиту ромбическая зі складною елементарною клітинкою на 15 атомів, пов'язаних між собою переважно ковалентними зв'язками, Тому твердість цементиту дуже висока від 1000-2000НВ. Спрямованість ковалентних зв'язків зумовлює високу крихкість цементиту. Зміст вуглецю в цементиті може змінюватися, але не перевищує стехиометрической концентрації 6,69%, тобто цементит може бути представлений як твердий розчин віднімання. У кристалічній решітці цементиту позиції (вузли), які повинні бути зайняті вуглецем, можуть бути вакантними, відповідно, концентрація вуглецю в цементиті в цьому випадку буде менше стехиометрической. Температуру плавлення цементиту визначити важко через його розпаду при нагріванні. Використовуючи лазерний нагрів удалость оцінити Тпл цементиту в 1260 ° С.

В обох системах стабільною і метастабільною реалізуються перитектичне, евтектичну і евтектоїдна нонваріантние перетворення.

Перитектичне перетворення відбувається в сплавах з вмістом вуглецю від 0,1% до 0,51% при температурі +1499 ° С і полягає в тому, що раніше утворилися кристали d-фериту складу точки Н взаємодіють з рідкою фазою складу точки. В з утворенням нової фази - g-твердого розчину.

Відповідно до правила фаз Гіббса перитектичне перетворення відноситься до нонваріантним реакцій:

 C = k - f + 1, або 2 - 3 + 1 = 0, тобто перитектичне перетворення йде при постійній температурі і постійному складі фаз.

Наприклад: перетворення в сплаві I з перітектікой

У сплавах V, VI і VII відбувається евтектичну перетворення: при температурі 1 147 ° С в метастабільною і при 1154 ° С в стабільній системі рідина складу точки С або, відповідно, С 'перетворюється в евтектичну суміш кристалів двох твердих фаз - аустеніту (g-тв . розчину) і цементиту (Fe3C). Така суміш називається ледебурит. У стабільній системі з рідини утворюється аустеніто-графитная евтектика.

Евтектичну перетворення теж йде при постійній температурі і постійному складі кожної фази.

Залізовуглецеві сплави, що зазнають евтектичну перетворення називаються чавунами. У бінарних системах Fe-Fe3C і Fe-C до чавунів відносяться сплави з вмістом вуглецю понад 2,14% (2,04%).

Сплави з вмістом вуглецю менш 2,14% (2,04%), не зазнають евтектичного перетворення називаються сталями.

І в чавунах, і в сталях відбувається нонваріантное твердофазної евтектоїдна перетворення при 727 (738) ° С. У метастабільною системі при евтектоїдних перетворенні g-твердий розчин (аустеніт) складу точки S розпадається з утворенням евтектоїдной суміші дисперсних кристалів a-твердого розчину (фериту) і цементиту (Fe3C). Така евтектоїдна суміш називається перліт. У стабільній системі аустеніт складу точки S 'перетворюється в кристали фериту і графіт, причому графіт кристалізується на вже наявних включених евтектичного графіту, і графітсодержащая евтектоїдна суміш не утворюється.

Залізовуглецеві сплави.

Стали поділяють на доевтектоїдних, наприклад сталь II, евтектоїдних сталь III і заевтектоідние, наприклад сталь IV.

Рівноважна структура доевтектоїдної стали складається з структурно вільного фериту, який виділився з аустеніту до евтектоїдних перетворення, і перліту. Структура евтектоїдной стали чисто перлитная, а заевтектоідних сталь поряд з перліту містить надлишковий цементит, який теж виділився з аустеніту перш, ніж почалося евтектоїдна перетворення. Попереднє виділення надлишкових фаз фериту і цементиту доводить аустенит до евтектоїдного складу - 0,7 (0,8)% С, який при температурі 727 (738) ° С здатний перетворитися в перліт.

Реально все фазові перетворення йдуть з переохолодженням нижче рівноважної температури. Утворюється при цьому квазіевтектоідная суміш має різну дисперсність кристалів фериту і цементиту і може містити вуглецю як більше, так і менше рівноважного. Дисперсність перліту підвищується зі збільшенням ступеня переохолодження.

Евтектоїдних ферріто-цементітная суміш підвищеної дисперсності називається сорбіт, а евтектоід ще більшою дисперсності носить назву - троостіт. Зі збільшенням ступеня дисперсності перліту підвищується твердість і міцність залізовуглецевих сплавів. Зі збільшенням в структурі доевтектоїдної стали частки фериту знижується як твердість, так і міцність матеріалу. Поява в структурі заевтектоідной стали цементиту збільшує її твердість, а міцність підвищується тільки в тому випадку, якщо цементит має форму ізольованих дрібних включень. Особливо несприятливо розташування надлишкового фериту або цементиту в вигляді сітки по межах зерен перліту.

Чавуни крім поділу на доевтектичний, наприклад чавун V; евтектичних чавун VI і заевтектичних, наприклад чавун VII, підрозділяються на білі чавуни з метастабільною аустенитно-цементитной евтектикой (ледебуріта) і сірі чавуни зі стабільною аустенитно-графитной евтектикой.

Широке поширення в якості конструкційного матеріалу отримав сірий чавун для виливків. Велика частина деталей машин і різних конструкцій виготовлена ??з литих заготовок сірого чавуну. Для отримання якісних виливків з сірого чавуну необхідно щоб кристалізація з рідкої фази відбувалася в стабільній системі з утворенням аустенитно-графитной евтектики, а евтектоїдна перетворення протікало як метастабильное з утворенням перліту. Така схема перетворень забезпечує високі характеристики міцності властивості чавуну і хорошу оброблюваність різанням литих заготовок. При утворенні навіть невеликої кількості ледебуріта (метастабільною евтектики), так званого отбела чавуну, відливки погано або зовсім не обробляються, виготовити з них деталі стає неможливо, і вони бракуються. Виправити отбел термічною обробкою не завжди вдається, в цьому випадку вибілені виливки відправляють на переплавку.

Промислові залізовуглецевих сплави є багатокомпонентними і крім заліза і вуглецю містять інші елементи, які впливають на температурно-концентраційні параметри фазових перетворень, структуру і властивості сплавів.

Сірий чавун, наприклад, містить до 3% Si, який є сильним графітізірующего елементом, здатним забезпечити формування стабільної аустенитно-графитной евтектики. Крім кремнію чавун містить до 0,7% Mn. Марганець, навпаки, підвищує ймовірність утворення метастабільних структур, але найбільш корисним дією марганцю в сірому чавуні є його здатність зв'язування шкідливої ??домішки - сірки, яка потрапляє в чавун разом з вихідними шихтових матеріалів і коксом. Сірка здатна викликати сильно розвинений отбел в чавунних виливках.

Структура і властивості чавуну для виливків в значній мірі визначаються не тільки складом, але і умовами перетворень. Чавун одного і того ж складу в залежності від умов виплавки, позапічної обробки і інших параметрів ливарної технології може проявляти істотно різні властивості, і навпаки, різні за складом чавуни можуть показувати однакові характеристики. Тому маркування чавуну виробляється за межі міцності при розтягуванні зразків, вирізаних із заготовок у вигляді стрижнів ?30 мм, відлитих в сиру піщано-глинистий форму.

Так, наприклад чавун марки СЧ 20 показав міцність при розтягуванні зразків не менше 20 кгс / мм2. Якщо при випробуванні зразків, отриманих описаним способом, межа міцності склав понад 25 кгс / мм2, Чавуну присвоюється марка СЧ 25, і т.д. Сірий чавун марок СЧ містить у своїй структурі графіт у вигляді розгалужених пластин, які прогресивно разупрочняется металеву основу. Характеристики міцності графіту в порівнянні з металевою основою чавуну незначні, і дія графітових пластинок може бути прирівняне до дії тріщин. Тому сірий чавун з пластинчастим графітом типу СЧ не може досягати міцності, порівнянної з міцністю стали, а також не виявляє пластичності.

Але якщо графітові включення мають кулясту форму, так, наприклад, в високоміцному чавуні типу ВЧ, його нищівну силу послаблюється, істотно підвищується міцність чавуну, і навіть проявляється пластичність металевої основи. Маркування високоміцних чавунів проводиться буквами ВЧ і цифрами мінімальної міцності в кгс / мм2 або [0,1'МПа].

Проміжна форма графіту - вермикулярний графіт в чавуні типу ЧВГ і компактний графіт відпалу в ковкому чавуні типу КЧ, який маркується крім цих букв цифрами міцності sв в тих же одиницях і відносного подовження d в процентах.

Залізовуглецеві сплави, в структурі яких відсутня евтектика, називаються стали. Стали є основним конструкційним матеріалом машинобудування. Заготовки для сталевих деталей отримують литтям або куванням сортового прокату.



Попередня   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   Наступна

Предмет матеріалознавства. Взаємозв'язок структури і властивостей матеріалів. | Взаємозв'язок структури і властивостей матеріалів | Фази і структурні складові металевих сплавів. Діаграми стану. | Діаграма з ідеальною евтектикой | Механічні і спеціальні властивості матеріалів | Лекція 4. Формування структур литих матеріалів. ливарні технології | Форма первинних кристалів і будова зливка. | Перетворення аустеніту при охолодженні | Перетворення при відпуску загартованої сталі | Зміна властивостей стали при термічній обробці |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати