Головна

Діаграма залізо-цементит

  1. Г) стрілочна діаграма.

Виходячи з практичного застосування залізо-вуглецевого сплаву, діаграму будують не повністю від 0 до 100 % вуглецю, а в межах практичного і теоретичного значення. Таким значенням виявилась кількість вуглецю від 0 до 6,67 %, тобто від чистого заліза до сплаву, зерна якого називають цементит. Тому діаграму називають залізо-цементит (рис. 8).


Рис. 8.

Лінія АВСД є лінією ліквідує, а лінія AHIECF- солідус. Всі критичні температури позначають буквою А з індексами с і г (с -- нагрівання, г - охолодження) і цифрами. Тоді лінія PSK позначиться А{, лінія GS- А3, лінія SF- АС1, лінія N1 - АА . Лінію магнітних перетворень МО, яка відповідає температурі 768 °С , позначають А2 Уведення індексів с і г обумовлене деяким неспівпадінням температур поліморфних перетворень при нагріванні та охолодженні в реальних умовах.

У залежності від кількості вуглецю змінюються фази. Так, при відсутності вуглецю буде чисте залізо. Оскільки залізо має поліморфні перетворення, то до температури 911 °С його позначають Fea, від 911 °С до 1392 °С Fey, і від 1392 °С до 1539 °С Fe5, (оскільки Fea і Fe5 мають однакову комірку, то інколи Fe6 позначають Fea).

Отже, при нормальних умовах залізо є модифікації Fea . Залізо із незначним вмістом вуглецю (до 0,02 %) називають технічно чистим залізом.

При малій кількості вуглецю утворюється зерна фериту (Ф) - твердий розчин вуглецю в Fea. Розчинність вуглецю у фериті при кімнатній температурі до 0,005 %. Найбільша розчинність при 727°С - 0,02 %. Ферит має незначну твердість (80-100 НВ) і міцність (250 МПа), але високу пластичність (8=50%).

При зростанні кількості вуглецю в сплаві поряд з феритом з'являються зерна перліту (П) - механічна суміш (евтектоїд, подібний евтектиці, але утворюється із твердої фази), фериту і цементиту, з вмістом вуглецю 0,80 %. Перліт може бути пластинчатим і зернистим, що залежить від форми цементиту. При повільному охолодженні сплаву в розплаві першим утворюється зародки цементиту. Оскільки для його утворення потрібно 6,67 % вуглецю, то область розплаву навколо зародка цементиту збіднюється на вуглець і створюються умови для утворення фериту. Так відбувається чергування зерен Ф і Ц. На протравленому зразку розчином азотної кислоти у спирті пластинчатий перліт виглядає як чергування світлих і темних ліній. При кімнатній температурі зернистий перліт має межу міцності 80 МПа, відносне видовження 15 % і твердість 160 НВ. Якщо вміст вуглецю в сплаві досягне 0,8 %, то буде чистий перліт. З підвищення кількості вуглецю в сплаві появляються зерна цементиту (Ц) - кристалічна решітка цементиту складна (рис. 9).

Температура плавлення цементиту біля 1600 °С . Він дуже твердий (800 НВ), крихкий і практично не має пластичності. Цементит не стійкий і може розпадатись з виділенням вільного вуглецю (графіту).

Якщо кількість вуглецю перевищить 2,14 %, то крім перліту і цементиту з'являються зерна ледебуриту (Л) - механічна суміш (евтектика) перліту і цементиту, яка містить 4,3 % вуглецю. Ледебурит має твердість 600 - 700 НВ і велику крихкість. При збільшеній вуглецю крім ледебуриту появляються зерна цементиту. Його кількість зростає аж до 6,67 %, при якій буде чистий цементит.

Рис. 9.

Суттєвих змін залізо-вуглецевий сплав зазнає при переході через точку, що відповідає 2,14 % вуглецю. До 2,14 % вуглецю графіт не виділяється, а після - значна частина вуглецю виділяється у вигляді графіту. Це спричиняє значні зміни у властивостях сплавів. В зв'язку с цим залізовуглецеві сплави розділяють на два види - сталь і чавун. Сталь це залізовуглецевий сплав із вмістом вуглецю від 0 до 2,14 %. Чавун - це залізовуглецевий сплав із вмістом вуглецю від 2,14 до 6,67 %.

Чавун з процентним вмістом вуглецю 4,3 % називають евтектричним. Якщо в чавуні вуглецю менше за 4,3 %, тоді його називають доевтектичним, а якщо більше - заевтектичним. Аналогічно називають і сталі. Сталь з вмістом вуглецю 0,8 % називають евтектоїдною. Якщо в сталі вуглецю менше, ніж 0,8 %, її називають доевтектоїдною, а більше - заевтектоїдною.

Оскільки залізо має поліморфні перетворення, то із зміною температури будуть змінюватись фази.

У сталях при повільному (рівноважному) нагріванні та охолодженні вони будуть характерними для доевтектоїдних, евтектоїдних і заевтектоїдних сталей. Якщо взяти доевтектоїдну сталь з процентним вмістом вуглецю, наприклад 0,5 %, і повільно нагрівати, то до лінії AС1 фазових змін не буде, тобто початкова структура Ф + Ятак залишається до 727°С . По лінії АС1 відбудеться розпад перліту в аустеніт (А). Аустеніт - це твердий розчин вуглецю в Feγ . При подальшому нагріванні поступово розпадається Ф у А і після лінії АС3 буде тільки А. При подальшому нагріванні аустеніт залишається аж до розплавлення. Хоча на цьому шляху відбудуються два негативних явища. Так, спочатку більші зерна А будуть поглинати менші, що приведе до збільшення зерен А. Якщо з цього моменту почати охолоджувати сплав, то крупнозернистість аустеніту передасться початковим фазам, що негативно вплине на механічні властивості такої сталі. Це явище називають перегрівом сталі. Його можна усунути шляхом спеціальної термічної обробки - відпалу.

Якщо ж сталь нагрівати далі, то великі зерна аустеніту почнуть окислюватись по межах зерен. Це явище називають перепалом сталі Його можна усунути тільки шляхом переплавлення сталі.

Якщо скористатись умовними позначеннями, то зазначені вище перетворення можна записати так:

П + Ф → А + Ф → А.

При повільному охолодженні аустеніт по лінії Агі починає розпадатись у ферит. Це буде відбуватись до лінії АЛ . По лінії Ал аустеніт, який залишився розпадається у перліт. Далі фазові перетворення відсутні. Тобто при повільному охолодженні спостерігається зворотній до попереднього процес перетворень. Його можна записати так:

А → Ф + А → Ф + П.

У евтектоїдної сталі фазові перетворення не такі: при нагріванні П → А; при охолодженні А → П.

У заевтектоідної сталі: при нагріванні - П + Ц → А + Ц → А, а при охолодженні - А → А + Ц → П + Ц.

Аналіз фазових перетворень у сталях при рівноважномунагріванні та охолодженні дає можливість зробити такі висновки:

1. До лінії А1 (727 °С) фазові перетворення відсутні.

2. По лінії А1 відбувається розпад, або утворення перліту, тому цю лінію можна назвати лінією перлітних перетворень.

3. Завершується нагрівання сталі завжди утворенням аустеніту.

У чавунах фазові перетворення при повільному їх нагріванні та охолодженні аналогічні. Поскільки в залізовуглецевих сплавах відбувається кристалізація і перекристалізація, то фази, отримані з розплаву, називають первинними. Наприклад, якщо із розплаву утворився цементит, то його називають цементит первинний. Якщо ж він утворився із твердої фази (перекристалізація), то його називають вторинним, або навіть - третинним.

Окремо розгляду потребує ліва верхня частина діаграми (рис. 10).


Рис. 10.

Цю частину називають областю перитектичпого перетворення. Перитектичне перетворення характерне тим, що із первинного фериту і рідини утворюється аустеніт. Перитектичне перетворення відбувається по лінії НІВ, тобто починаючи з 0,1 % С і закінчуючи 0,5 % С.

Кристалізація сплаву К1 починається в точці 1 з утворенням первинного фериту. В точці 2 розплав перетворюється у ферит. Від точки З до 4 ферит перетворюється у аустеніт.

Сплав із вмістом вуглецю 0,16 кристалізується по пери-тектичній схемі. У точці 5 починає утворюватись ферит. У точці 1 при 1499 °С з фериту і рідини утворюється аустеніт.

Характерною є ліва нижня частина діаграми (рис. 11).

Рис. 11.

Сплав концентрації К2, який має вуглецю менш ніж 0,01 %, при температурі близько 1000 °С має структуру аустеніту. В інтервалі температур від точки 1 до 2 аустеніт перетворюється у ферит. Нижче точки 2 буде чистий ферит.

При кристалізації сплаву К2 від точки З до 4 відбувається перетворення А → Ф . В точці 5 починається виділення надлишкового вуглецю з Ф і утворення .^(третинного).

Треба зауважити, що система залізо-цементит нестійка, поскільки при певних умовах цементит розпадається на аустеніт і вільний вуглець у вигляді графіту. При дуже повільному охолодженні із розплаву, в процесі його кристалізації, вуглець виділяється у вигляді графіту. Систему залізо-цемеї; піт називають метастабільною, а залізо-графіт - стабільною.

Процес кристалізації графіту в сплавах заліза з вуглецем називають графітизацією. Вона може відбуватись і у твердому стані, поскільки цементит при високих температурах нестійкий.

Тому можна вести мову про діаграму залізо-графіт. Поскільки лінії діаграм залізо-цементит і залізо-графіт розташовуються в близьких інтервалах температур, то діаграму залізо-графіт зображають на діаграмі залізо-цементит пунктирними лініями. Вони проходять де що вище ліній діаграми залізо-цементит. Найбільшого відхилення зазнає лінія СД.



Діаграми стану сплавів | Характеристика компонентів. Домішки

Розділ І. | Будова металів | Кристалізація металів | Типи сплавів | Класифікація сталей | Вуглецеві конструкційні сталі | Інструментальні сталі | Сталі спеціального призначення |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати