- •Содержание:
- •Тема №1: Строение металлических сплавов.
- •1.1. Фаза металлических сплавов.
- •1.2. Понятие диаграммы состояния сплава.
- •1.3. Построение диаграмм состояния термическим методом.
- •Тема №2: Основные типы диаграмм состояния двух компонентных сплавов.
- •2.1. Диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.
- •2.2. Правило отрезков.
- •2.3. Диаграмма состояния для сплавов образующие механические смеси из чистых компонентов.
- •2.4. Диаграммы состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.
- •2.5. Диаграммы состояния для сплавов компоненты которых образуют химическое соединение.
- •2.6. Диаграммы состояния для сплавов, компоненты которых испытывают полиморфные превращения.
- •Тема №3: Диаграмма состояния железо-углеродистых сплавов.
- •3.1. Структурные составляющие сплавов железа с углеродом.
- •3.2. Диаграмма состояний железоуглеродистых сплавов.
- •3.3 Фазовые превращения в сталях.
- •3.4. Фазовые превращения в чугунах.
- •Тема №4: Углеродистые стали и чугуны.
- •4.1. Общая характеристика и получение сталей и чугунов.
- •4.2. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства углеродистых сталей.
- •4.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
- •4.4. Микроструктура и свойства чугунов.
- •4.5. Образование графитных включений в чугунах.
- •Тема №5: Теоретические основы термической обработки.
- •5.1. Общие сведения по теоретической обработке сталей.
- •5.2. Образование аустенита из перлита при нагреве углеродистых сталей.
- •5.3. Превращение аустенита в перлит при равновесном охлаждении сплава. Диаграмма изотермического распада аустенита.
- •5.4. Мартенситное превращение аустенита.
- •5.5. Превращения при отпуске закалённых сталей.
- •Тема №6: Технология термообработки углеродистой стали.
- •6.1. Отжиг и нормализация.
- •6.2. Закалка и отпуск углеродистых сталей.
Тема №3: Диаграмма состояния железо-углеродистых сплавов.
Э
та
диаграмма имеет большое значение среди
других диаграмм, поскольку даёт
представление о структурно фазовом
состоянии важнейших материалов в
современной технике.
3.1. Структурные составляющие сплавов железа с углеродом.
В сплавах железа с углеродом могут образовываться следующие фазы: феррит, аустенит, цементит и графит. Феррит и аустенит являются твёрдыми растворами углерода в железе. Но железо обладает полиморфизмом, т.е. в разных температурных интервалах имеет различную кристаллическую структуру.
До
градусов железо имеет объемно-центрированную
кубическую структуру (ОЦК) – это
железо.
В интервале температур от
железо имеет гранецентрированную
кубическую структуру (ГЦК) – это
железо.
В
интервале температур от
железо опять ОЦК структура. Однако
периоды этой решётки несколько больше
чем у
железа,
такое железо называется
железо.
Феррит
(
)
– это твёрдый раствор внедрения углерода
в
железо.
Растворимость углерода в
железе крайне низкая, максимум 0,02% по
массе при температуре
.
С понижением температуры растворимость
углерода в
железе
(феррите) падет и при комнатной температуре
составляет 0,006% по массе. По этой причине
феррит можно считать практически чистым
железом. Как и чистое железо, феррит
является очень мягкой и пластичной
фазой. Твёрдость его изменяется в
приделах от 80 до 100 единицHB
по Бринеллю, в зависимости от содержания
углерода. Поскольку
железо
также как и
железо
имеет ОЦК структуру, то твёрдый раствор
внедрения углерода в
железо
также называют ферритом. Но этот феррит,
в отличии от первого, называютвысокотемпературным
ферритом,
поскольку наблюдается при высоких
температурах.
Аустенит
(
или А). Это твёрдый раствор углерода в
железе,
т.е. в железе с ГЦК структурой. Растворимость
углерода в
железе
значительно выше чем в
железе.
Максимальная растворимость составляет
2,14% по массе при температуре
(в 100 раз больше чем
железе).
С понижением температуры растворимость
углерода в
железе
(аустените) падает и достигает 0,8% по
массе при температуре
.
Аустенит, если его застабилизировать
при комнатной температуре, то это также
мягкая, пластичная фаза, но при этом в
2 раза твёрже феррита (160-200HB).
Цементит
(
,
Ц). Это химическое соединение железа с
углеродом, т.е. карбид железа
.
Содержание углерода в цементите
составляет 25% атомных масс или 6,67% по
массе. Цементит обладает высокой
твёрдостью и хрупкостью. Твёрдость его
достигает 800 единицHB
(что в 10 раз больше чем у феррита).
Различают
первичный,
вторичный
и третичный
цементит (
).
Это тот же самый цементит, отличие
заключается в происхождении.
Первичный цементит образуется из жидкого расплава при его кристаллизации.
Вторичный цементит выпадает из аустенита по причине уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры.
Третичный цементит выпадает из феррита, по причине снижения растворимости углерода, с уменьшением температуры.
Цементит является неустойчивой (метастабильной) фазой. При нагреве и длительной выдержке он распадется на феррит и графит, который является более стабильной фазой.
Графит
(Г). Это чистый углерод гексагональной
слоистой структурой. Графит отличается
малой прочностью и пластичностью, он
мягкий и хрупкий. Температура плавления
графита
.
Графит обычно образуется в сплавах
железа с высоким содержанием углерода,
т.е. в чугунах при особых условиях
формируется как правило цементит,
который хоть и является метастабильной
фазой, но по кинематическим соображениям
его образование является более вероятным
чем образованием графита.
Кроме четырёх выше перечисленных фаз, в железо-углеродистых сплавах выделяют ещё две самостоятельные структурные составляющие: перлит и ледебурит, которые по сути является механическими смесями двух фаз.
Перлит
(П) – это механическая смесь феррита с
цементитом. Это эвтектоид системы
железо-углерод, который образуется из
твёрдой фазы (аустенита) при температуре
.
Содержание углерода в перлите 0,8% по
массе. Он может иметь пластинчатую или
зернистую структуру. Зернистая структура
придаёт лучшие механические свойства.
Ледебурит
(Л) – это механическая смесь аустенита
с цементитом. Это эвтектика, которая
образуется из жидкого расплава при
температуре
.
Содержание углерода в ледебурите 4,3% по
массе. В процессе охлаждения при
температуре
аустенит, входящий в состав ледебурита,
становится неустойчивым и превращается
в перлит по средствам эвтектоидной
реакции. По этому при температурах ниже
ледебурит представляет смесь перлита
с цементитом.
