Какое количество углерода содержится в доэвтектоидных сталях
Стали, содержащие от 0,025 до 0,8% углерода, называются доэвтектоидными.
Структура этих сталей состоит из феррита (светлый фон) и перлита (темные зерна). Количество перлита увеличивается, а феррита уменьшается пропорционально увеличению содержания углерода (рис.5) в соответствие с диаграммой состояния (рис.1).
Рис.5. Микроструктура доэвтектоидных сталей:
а – сталь 20, б – сталь 45, в – сталь 60
Поэтому, считая, что феррит углерод практически не растворяет, а наличие в структуре 100% перлита соответствует 0,81% С, можно найти содержание углерода в любой доэвтэктоидной стали, определив с помощью микроскопа количественное соотношениемежду структурными составляющими и решая затем простую пропорцию.
0,81% С – 100% перлита
X % С – А % перлита,
где А – количество перлита встали, определенное визуально с помощью микроскопа.
Отсюда
При содержании 0,8% С сталь называется эвтектоидной и состоит из одного перлита.
Твердость и предел прочности эвтектоидной стали выше, чем доэвтектидной, а пластичность ниже.
Заэвтектоидные стали
Стали с содержанием углерода от 0,81 до 2% называются заэвтектоидными, ихструктурасостоит из перлита и вторичного цементита.
Цементит
Цементит – самая хрупкая и твердая (НВ>800) структурная составляющая. Пластичность цементита ничтожно мала и практически равна нулю, что, вероятно, является следствием сложного строения его кристаллической решетки. Кристаллическая структура цементита очень сложна. Есть много различных способов ее изображения, один из наиболее удачных показан на рис. 6.
Цементитная сетка в структуре стали снижает ее пластичность, а твердость – увеличивает. Поэтому с возрастанием количества вторичного цементита пропорционально увеличению концентрации в ней углерода твердость ее повышается, а пластичность падает.
Рис. 6. Кристаллическая структура цементита
Цементит содержит 6,67% углерода, является самой хрупкой и твердой (НВ до 800) структурной составляющей железоуглеродистых сплавов.
В заэвтектоидной стали вторичный цементит обычно расположен в виде светлой сетки или светлых зерен (цепочки) по границам перлитных зерен или в виде игл (рис.7).
Рис.7. Микроструктура заэвтектоидной стали У12 – 1,2 % С
(перлит + цементит вторичный)
а – цементит вторичный зернистый; б – в виде сетки по границам зерен
В сталях, содержащих углерод несколько меньше 0,81%, в виде сетки по границам зерен перлита может также выделиться феррит. При обычном травлении 4%-ным раствором азотной кислоты эта сетка также получается светлой. Для выяснения, является эта сетка ферритной или цементитной, микрошлиф подвергают травлению пикратом натрия.
Если сетка после травления осталась светлой, то это феррит и, следовательно, сталь является доэвтектоидной; если сетка потемнеет, то это цементит, и сталь является заэвтектоидной.
Вторичный цементит в заэвтектоидиой стали занимает незначительную по величине площадь, определить которую на глаз затруднительно. Поэтому методом, которым определяют содержание углерода в доэвтектоидных сталях, для заэвтектоидных – не пользуются.
Выделение вторичного цементита по границам зерен аустенита и цементита перлита в виде пластинок нежелательно, так как такая структура обладает повышенной хрупкостью, плохо обрабатывается резанием и после окончательной термической обработки готовые детали (инструмент) будут иметь пониженные механические свойства, главным образом малую пластичность и ударную вязкость. Поэтому стремятся получать цементит в виде мелких зерен округлой формы (шарики). Структура зернистого перлита является исходной структурой для инструментальных сталей (рис.4).
Таким образом, свойства стали после медленного охлаждения определяются свойствами ее структурных составляющих и их количественным соотношением. Структура же стали состоит из перлита с избыточным или ферритом, или цементитом, в зависимости от количества в ней углерода. Следовательно, именно содержание углерода в стали определяет ее механические и технологические свойства – прочность, твердость, пластичность, вязкость.
Количество цементита в структуре стали возрастает прямо пропорционально содержанию углерода, а как указывалось выше, твердость цементита НВ>800 (8000-8500 МПа) на порядок больше твердости феррита НВ 45-80 (450-800 МПа). Кроме того, частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т.е. повышают сопротивление деформации, уменьшают пластичность и вязкость. Вследствие этого с увеличением в стали содержания углерода до 1,0% возрастают твердость, прочность, предел текучести и понижаются показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) и ударная вязкость (рис.6).
При содержании углерода свыше 1,0-1,1% твердость стали в отожженном состоянии возрастает, а прочность уменьшается из-за наличия вторичного цементита, образующего сплошную сетку и вызывающего хрупкое преждевременное разрушение.
С увеличением содержания углерода меняется структура стали, увеличивается количество цементита и уменьшается количество феррита. Это приводит соответственно к изменению свойств стали.
Pиc. 8. Влияние углерода на механические свойства стали
Чем больше углерода в стали, тем выше твердость и прочность, но ниже пластичность (рис.8).
Механические свойства стали зависят также от формы и размеров феррито-цементитной смеси.
Чем дисперсней (тоньше) частички феррито-цементитной смеси, тем выше твердость и прочность стали.
Зернистая форма цементита по сравнению с пластинчатой при одинаковой твердости обладает более высокой пластичностью и ударной вязкостью.
С повышением содержания углерода в стали:
– снижается свариваемость, углерод способствует также образованию трещин и пор в процессе сварки в сварном шве,
– до некоторого содержания углерода (0,3-0,5%) улучшается обрабатываемость резанием.
Далее с повышением содержания углерода:
– ввиду высокой твердости стали, обрабатываемость резанием ухудшается;
– повышается порог хладноломкости стали;
– усиливается чувствительность стали к дисперсному старению и к старению после холодной пластической деформации;
– понижается устойчивость стали против коррозии в атмосферных условиях, в речной и морской воде.
Механические свойства конструкционной качественной углеродистой стали в нормализованном состоянии приведены в табл. 1.
Таблица 1
Механические свойства конструкционной качественной углеродистой стали в нормализованном состоянии (не менее)
Марка стали | Временное сопротивление разрыву | Предел текучести | Относительное удлинение | Относительное сужение | Ударная вязкость, |
МПа | % | Нм/см2 | |||
08кп | – | ||||
– | |||||
10кп | – | ||||
– | |||||
15кп | – | ||||
– | |||||
20кп | – | ||||
– | |||||
50 | |||||
– | |||||
– | |||||
– | |||||
– | |||||
– | |||||
– | |||||
– |
Дата добавления: 2016-11-02; просмотров: 11442 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление
Источник
Принимая во внимание, что феррит практически не содержит углерода, а в перлите углерода содержится 0,8%, можно по соотношению площадей, занимаемых в микроструктуре ферритом и перлитом, ориентировочно определить содержание углерода в стали. Например, при изучении структуры стали под микроскопом «на глаз» определили, что площадь, занимаемая перлитом (темное включение), составляет 30%. Как известно, при 100% содержании перлита углерода в стали содержится 0,8%, при 30% содержании перлита (по его площади) углерода содержится Х%, тогда: Х= 30 *0,8/100 = 0,24%.
Следовательно, в стали содержится 0,24% С.
За эвтектоидные стали содержат от 0,8% до 2,14% углерода. Структура за эвтектоидной стали при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита. Цементит в зависимости от режима термической обработки наблюдается в виде светлых, небольших по величине зерен либо в виде светлой сетки по границам зерен перлита (рис 5, е). Строение свойства перлита за эвтектоидной стали аналогичны перлиту в эвтектоидной стали. Количество вторичного цементита в структуре за эвтектоидиой стали невелико и увеличивается с повышением содержания в ней углерода.
Для количественного определения отдельных структурных составляющих в стали при определенном содержании углерода пользуются методом треугольника.
Сущность его сводится к следующему: 100% перлита будет в эвтектоидной стали с содержанием углерода С=0,8%. В крайних точках треугольника перлита не будет. Ординаты треугольника показывают количество перлита в сплавах «железо-углерод».
Пользуясь методом треугольника, можно определить количество перлита, вторичного цементита в заэвтектоидной стали. Например, определим качественно и количественно структуру стали с содержанием углерода 1,2%.
Сталь заэвтектоидная, структура ее будет П+Ц2
Из dbc определяем количество перлита в этой стали:
П2/100 = 6,67-1,2/6,67-0,8; П2=93,1%.
Следовательно, в этой стали будет П= 93,1%, а вторичного цементита -6,9% (структурно свободный цементит).
Влияние углерода на механические свойства стали (прочность, твердость и пластичность)
С увеличением содержания углерода в стали понижается ее пластичность, увеличивается твердость и прочность для эвтектоидной и доэвтектоидной стали.
Увеличение прочности в этих сталях связано с увеличением в структуре количества перлита.
В заэвтектоидной стали при увеличении содержания углерода продолжает значительно увеличиваться твердость, но прочность падает, так как сказывается наличие хрупкого цементита, располагающегося по границе зерен. При этом снижается и пластичность.
Следует обратить внимание, что форма и размер цементитных частиц в рлите существенно влияют на свойства и обрабатываемость сталей резанием.
Чем грубее и крупнее в перлите цементитные включения, тем ниже его механические свойства. Зернистый перлит менее тверд и прочен, но более пластичен (см. табл.2).
Таблица 2
Структура | Механические свойства | ||
8вкг/ мм2 | д% | нв | |
1. Перлит пластинчатый с мелкими частицами цементита | 133 | 11 | 200 |
2. Перлит крупнопластинчатый(с крупными частицами цементита) | 55 | 5 | 250 |
3. Зернистый перлит | 63 | 20 | 160-220 |
Величина зерен стали тоже влияет на ее свойства.
С укрупнением зерен понижается ударная вязкость, твердость и другие свойства.
Источник
Классификация железоуглеродистых сплавов
Различные комбинации этих элементов приводят к получению большого количества сплавов, которые можно разделить на три большие группы:
- Техническое железо.
- Стали.
- Чугуны.
Техническое железо
К техническому железу относят материалы, в которых содержится менее 0,02% углерода. К сталям относят, материалы, в которых углерод находится в пределах от 0,02 до 2,14%. И в группу чугунов входят материалы, количество углерода в которых превышает 2,14%.
Компоненты в системе железо углерод
Аустенит
Атомы размещается в гранецентрированной ячейке. Твердость аустенита имеет твердость 200 … 250 единиц по Бринеллю. Кроме того у него хорошая пластичность и он отличается парамагнитностью.
Железо
Железо – это материал, относящийся к металлам. Его натуральный цвет – серебристо-серый. В чистом виде он очень пластичен. Его удельный вес составляет 7,86 г/куб. см. Температура плавления составляет 1539 °C. На практике чаще всего применяют техническое железо, в составе которого присутствуют следующие примеси – марганец, кремний и многие другие. Массовая доля примесей не превышает 0,1%.
Железо
У железа есть такое свойство как полиформизм. То есть, при одном и том же химическом составе, это вещество может иметь разную структуру кристаллической решетки и соответственно разные свойства. Модификации железа называют соответственно – Б, Г, Д. Все эти модификации существуют при разных условиях. Например, тип Б, может существовать только при температуре 911 °С. Тип Г может существовать в диапазоне от 911 до 1392 °С. Тип Д существует в диапазоне от 1392 до 1539 °С.
Каждый из типов обладает своей формой кристаллической решеткой, например, у типа Б решетка представляет собой куб, решетка типа Г имеет гранецентрированную кубическую форму. Решетка типа Д, имеет форму объемно центрированного куба.
Еще одно свойство состоит в том, что при температуре ниже 768 железо ферримагнитно, а при ее повышении это свойство теряется.
Точки полиморфной и магнитной трансформации называют критическими. На таблице они обозначены следующим образом – А2, А3, А4. Цифровые индексы показывают тип трансформации. Для более полного различия превращения железа из одного вида в другой к обозначению добавляют индексы с и r. Первый говорит о нагреве, второй об охлаждении.
Полиморфные модификации железа
При высоких параметрах пластичности, железо не обладает высокой твердостью, по шкале Бринелля она равна 80 единиц.
Железо имеет возможность образовывать твердые растворы. Их можно разделить на две группы – раствор замещения и внедрения. Первые состоят их железа и других металлов, вторые из железа и углерода, водорода и азота.
Углерод
Другой компонент системы – углерод. Это – неметалл и он обладает тремя модификациями в виде алмаза, графита и угля. Он плавится при 3500 °С.
Аллотропные модификации углерода
В сплаве железа, этот элемент находится в виде твердого раствора, его называют цементит или в виде графита. В таком виде он присутствует в сером чугуне. Графит, не отличается ни пластичностью, ни прочностью.
Цементит
Доля углерода составляет 6,67%. Он обладает высокой твердостью – 800 НВ, но при этом у него отсутствует пластичность. Полиморфными свойствами не обладает.
Он обладает следующим свойством – при формировании раствора замещения, углерод может быть заменен на атомы других веществ, например, на хром или никель. Такой раствор получил название легированного раствора.
Цементит
Он не обладает устойчивостью, при наличии некоторых условий он может разлагаться, при этом происходит трансформация углерода в графит. Это свойство нашло применение при образовании чугунов.
Кстати, в жидком состоянии, железо может растворять в себе примеси, при этом образуя, однородная масса.
Феррит
Так называют твердый раствор, при котором происходит внедрение углерода в железо.
Он растворяется с определенной переменностью, при нормальной (комнатной) температуре объем углерода лежит в пределах 0,006%, при 727 °С, то концентрация углерода составит 0,02%. По достижении 1392 °С образуется феррит.
Феррит
Содержание углерода составит 0,1%. Его атомы размещаются в дефектных узлах решетки.
Феррит по своим параметрам близок к железу.
Чтение диаграммы железо-углерод
Состав сплава с данным исходным содержанием углерода при заданной температуре мы можем увидеть, двигаясь по вертикальной линии, соответствующей содержанию углерода в сплаве.
Рассмотрим, например, область AEC. С ней соседствуют области аустенита AESG и жидкой фазы. Сплавы в ней состоят из жидкой фазы и образующегося твердого аустенита. Как определить концентрацию углерода в разных фазах для данного сплава? Рассмотрим для примера сплав с исходной концентрацией углерода 2,5% при температуре 1250°С.
Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (~1.5%).
Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (~3.5%).
Именно таким образом мы можем определить концентрацию углерода в фазах любого сплава при заданной температуре:
- в жидкой фазе и аустените в области AEC;
- в жидкой фазе в области CDF (концентрация углерода в цементите, конечно, постоянна – 6,67%);
- в аустените в области SEFK;
- в феррите в области QPKL;
- в феррите и аустените в области GPS.
Как видим, при концентрации углерода выше 2,14% насыщение охлаждаемого расплава углеродом всегда стремится к 4,3% (по линиям AC и DC) по мере приближения к температуре 1147°С (уровень ECF). Далее происходит превращение жидкости в ледебурит (эвтектику). Естественно, с этим же средним содержанием углерода.
По мере приближения к температуре 727°С (уровень PSK) концентрация углерода в аустените («свободном» и/или входящем в состав ледебурита) стремится к 0,8% (по линиям GS и ES). Далее происходит превращение аустенита в перлит (эвтектоид). Перлит, конечно, имеет среднее содержанием углерода 0,8%.
Аустенит в сталях
Наличие аустенита в стальных сплавах придает им определенные свойства. Детали и узлы, произведенные из подобных сталей, предназначаются для работы в средах, содержащие агрессивные компоненты, например, на предприятиях, перерабатывающих разные кислоты.
Стали этого класса отличаются высоким уровнем легирования, во время кристаллизации формируется гранецентрированная решетка. Такая структура не подвержена изменению даже под воздействием глубокого холода.
Стали этого типа можно разделить на два типа отличающиеся друг от друга составом. В первых, содержатся такие вещества как железо, никель, хром. При этом общее количество добавок не может превышать 55%. Ко второй группе относят никелевые и железоникелевые композиции. В никелевых композициях, его содержание превышает 55%. В железоникелевых составах соотношение никеля и железа составляет 1:5, а количество никеля начинается от 65%.
Такое количество никеля обеспечивает повышенную пластичность, а хром, в свою очередь обеспечивает высокую коррозионную стойкость и жаропрочность. Применение других легирующих материалов позволяет выплавлять сплавы с уникальными эксплуатационными свойствами. Металлурги, составляя рецептуру сплавов, руководствуются будущим назначением сталей.
Для получения легированный сталей применяют ферритизаторы, которые придают постоянство аустенитам, к таким веществам относят ниобий, кремний и некоторые другие. Кроме них применяют углерод, марганец – их называют аустенизаторами.
Цементит: формы существования
Так называют соединение углерода и железа. Это компонент чугуна и некоторых сталей. В него входит 6,67% углерода.
В его кристалл входит несколько октаэдров, они расположены друг по отношению к другу с некоторым углом. Внутри каждого из них расположен атом углерода. В результате такого построения получается следующая картина – один атом вступает в связь с несколькими атомами железа, а железо в свою очередь связано с тремя атомами этого элемента.
Кристаллическая решетка цементита
У этого вещества имеются все свойства, которые присущи металлам – электропроводность, своеобразным блеском, высокая теплопроводность. То есть, смесь железа и углерода, ведет себя как металл. Этот материал обладает определенной хрупкостью. Большая часть его свойств определена сложным строением кристаллической решетки.
Этот материал плавится при 1600 градусах Цельсия. Но на этот счет существует несколько мнений, одни исследователи считают, что его температура плавления лежит в диапазоне от 1200 до 1450, другие определяют, что верхний уровень равен 1300 °С.
Первичный цементит
Металлурги разделяют три типа этого вещества – первичный, вторичный, третичный.
Диаграмма железо-цементит
Первичный, получается из жидкости при закалке сплавов, которые содержат в себе 5,5% углерода. Первичный имеет форму в виде крупных пластин.
Вторичный
Этот элемент получается из аустенита при охлаждении последнего. На диаграмме этот процесс этот процесс можно видеть по диаграмме Fe – C. Цементит представлен в виде сетки, размещенной по границам зерен.
Третичный
Этот тип, является производным от феррита. Он имеет форму иголок.
В металлургии существуют и другие формы цементита, например, цементит Стеда и пр.
Другие структурные составляющие в системе железо углерод
Перлит
Перлит – это механическая смесь, которая состоит из феррита и цементита. Ледебурит представляет собой переменный раствор.
Перлит
При температуре от 1130 и до 723 °С в его состав входят аустенит и цементит. При более низких температурах он состоит из аустенит заменяет феррит.
Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом
Железо
– пластичный металл серебристо-белого цвета. Твёрдость и прочность железа невысока (
НВ80
,
σв = 250 МПа)
при значительной пластичности
(δ=50%).
Температура плавления
– 1539º С
, плотность
7,83 г/см2
.
Углерод
встречается в природе в виде
алмаза и графита.
Графит имеет сложную кристаллическую решётку. Он является непрочным материалом, но с увеличением температуры прочность графита значительно возрастает. Температура плавления графита
3500º С
. С углеродом железо образует
химические соединения
и
твёрдые растворы внедрения.
Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe3C
носит название
цементит.
В нём содержится
6,67%
углерода (по массе). Цементит имеет сложную ромбическую кристаллическую решётку, характеризуется очень высокой твёрдостью (
НВ800
), хрупкостью и крайне низкой пластичностью. Температура плавления зависит от его состава (хром, молибден и др.) и находится в широком диапазоне
1250…1600º С.
Твёрдый раствор углерода в α-железеназывают ферритом.
Содержание углерода в феррите очень невелико – максимальное –
0,02%
при температуре
727ºС (рис.2.2)
. При комнатной температуре углерода в феррите содержится не более
0,006%
. Благодаря столь малому содержанию углерода свойства феррита совпадает со свойствами железа (низкая твёрдость и высокая пластичность). Твёрдый раствор углерода в δ-железе, существующий при температуре
1392…1539º С
, также называется
ферритом,
или
высокотемпературным ферритом
(
δ-ферритом
). Он характеризуется максимальной растворимостью углерода
0,1%
при температуре
1499ºС.
Твёрдый раствор углерода в γ-железеназывается аустенитом
. Максимальное содержание углерода в аустените составляет
2,14%
(при температуре
1147ºС
). Аустенит характеризуется высокой пластичностью и низкими прочностью и твёрдостью (
НВ220
).
Механическую смесь феррита с цементитом называют перлитом.
Онсодержит
0,8%
углерода и образуется из аустенита при температуре
727º С
и является
эвтектоидом
.
Эвтектоид
– это механическая смесь двух фаз, образующаяся из твёрдого раствора
.
Перлит имеет пластинчатое строение, т.е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита. Возможно и зернистое строение перлита, когда он состоит из зёрен цементита, окружённых ферритом. Зернистый перлит значительно пластичнее пластинчатого, имеет меньшую твёрдость.
Эвтектическая смесь аустенита с цементитом представляет собой ледебурит.
Он содержит
4,3%
углерода, образуется из жидкого сплава при температуре
1147º С
. При температуре
727º С
аустенит, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит, а ниже этой температуры ледебурит представляет собой механическую смесь перлита с цементитом. Ледебурит обладает высокой твёрдостью
(НВ600…700)
и хрупкостью.
Фаза цементита имеет пять структурных форм: цементит первичный
, образующийся из жидкого сплава;
цементит вторичный
, образующийся из аустенита;
цементит третичный
, образующийся из феррита;
цементит ледебурита
;
цементит перлита.
Диаграмма железо-цементит
Практическое значение имеют сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 6,67%
(стали и чугуны). Поэтому рассматривают диаграмму состояния сплавов железа с углеродом только до этой концентрации, т.е. фактически рассматривается диаграмма железо-цементит (
Fe–Fe3C
). На
рис.2.2
приведена диаграмма состояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от
до
6,67%.
Левая вертикальная ось соответствует
100%
содержанию железа. На ней отложены температура плавления железа и температура его полиморфных превращений. Правая вертикальная ось (
6,67%
углерода) соответствует
100%
содержанию цементита. Буквенное обозначение точек диаграммы принято согласно международному стандарту и изменению не подлежит.
Линия ABCD диаграммы является линией ликвидус
. На ней начинается кристаллизация: на участке
АВ
– феррита,
ВС
– аустенита и
CD
– первичного цементита.
Линия AHJECF является линией солидус диаграммы.
Превращения в сталях. Главная роль в диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов отводится её левой части – сталям, так как на превращениях, происходящих в стали, основана термическая обработка. Рассмотрим эти превращения. В результате кристаллизации образуется аустенит. При дальнейшем понижении температуры аустенит претерпевает превращения, связанные с изменением кристаллической решётки (γ-железа
переходит в
α-железо
), при этом снижается в нём растворимость углерода.
В точке S
, соответствующей содержанию углерода
0,8%,
при температуре
727º С
аустенит полностью распадается, образуется перлит. Сталь, содержащую
0,8%
углерода, называют
эвтектоидной
. Её структура состоит из одного перлита. Сталь, содержащую менее
0,8%
углерода, называют
доэвтектоидной
, а сталь с содержанием более
0,8%
углерода –
заэвтектоидной
. Переход чистого железа из модификации
γ-железа
в
α-железо
происходит при температуре
911º С
. На диаграмме это соответствует точке
G.
В доэвтектоидных сталях при температурах, лежащих на линии
GS
, начинается выделение феррита из аустенита. Поэтому при дальнейшем понижении температуры содержание углерода в оставшемся аустените возрастает. Когда она составит
0,8%
(при температуре
727º С
), оставшийся аустенит перейдёт в перлит. Таким образом, в
доэвтектоидной стали
при полном охлаждении получается структура, состоящая из равномерно распределённых зёрен перлита и феррита. В заэвтектоидной стали на линии
SЕ
, при понижении температуры из аустенита, пересыщенного углеродом, по границам зёрен начинает выделяться вторичный цементит. Когда в аустените останется
0,8%
углерода, он при температуре
727º С
перейдёт в перлит. Следовательно, в заэвтектоидной стали при медленном охлаждении получается структура, состоящая из перлита и вторичного цементита. При этом вторичный цементит расположен в тонкой сетке по границам зёрен перлита.
Сплав, содержащий до 0,02%
углерода, после завершения всех превращений не имеет в структуре перлита. Такой сплав часто называют
техническим железом
. Структура технического железа представляет собой зёрна феррита или феррита с небольшим количеством третичного цементита.
Линия GSE
диаграммы называется линией
верхних критическихточек,
или
линией начала превращения аустенита
(при охлаждении). Линия
PSK
диаграммы (температура
727º С
)
называется линией нижних критических точек
или
линией перлитного превращения.
Превращения в чугунах. Точка С
(
4,3%
углерода) представляет собой
эвтектическую точку
(
эвтектикой
называют равномерную мелкозернистую смесь двух фаз, которые одновременно кристаллизуются из жидкого сплава). Она соответствует температуре
1147º С
, при которой кристаллизуется сплав указанного содержания углерода, при этом одновременно выделяются из жидкого сплава кристаллы аустенита и цементита, образуя эвтектическую смесь –
ледебурит
. Его структура представляет собой равномерную смесь кристаллов аустенита с цементитом. Чугун, содержащий
4,3%
углерода, называется
эвтектическим.
Чугуны, содержащие менее
4,3% С
, называются
доэвтектическим.
Их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии
ВС
, с выделением аустенита, и заканчивается при температурах, лежащих на линии
ЕС,
образованием ледебурита. При дальнейшем понижении температуры растворимость углерода уменьшается и из аустенита начинает выделяться вторичный цементит. Когда углерода в аустените останется
0,8%,
при
727º С
аустенит переходит в перлит. Таким образом, в доэвтектическом чугуне образуется структура, состоящая из ледебурита, перлита и вторичного цементита.
Чугуны, содержащие более 4,3%
углерода, называются
заэвтектическими.
Их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии
CD.
При этом выделяется первичный цементит. Кристаллизация заканчивается при температуре
1147º С
по линии
CF
образованием ледебурита. Получившаяся структура остаётся неизменной. В составе
ледебуритной
эвтектики при температуре
727º С
аустенит переходит в перлит. Структура
заэвтектических
чугунов состоит из ледебурита и первичного цементита.
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов позволяет установить температурные режимы кристаллизации сталей и белых чугунов, режимы горячей обработки давлением (ковки, прокатки, штамповки) режимы термической обработки и т.д.
При очень медленном охлаждении кристаллизация может идти таким образом, что углерод будет выделяться в виде графита, а не цементита. Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода в виде графита называются серыми чугунами
.
Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо углерод
На диаграмме железо углерод отмечено некоторое количество точек, называемых критичными. Каждая точка несет в себе информацию о температуре, долевом содержании углерода и описанием того, что именно происходит в этом месте.
Всего существует 14 этих критичных точек.
Например, А, говорит о том, что при температуре 1539 °С и при нулевом содержании углерода происходит плавление чистого железа. D говорит о том, что при температуре 1260 возможно плавление Fe3c.
Точки расположены на пересечении линий, размещенных на диаграмме.
Общие сведения о сплаве
Отличительным свойством стали является наличие в структуре специальных легированных примесей и углерода. Собственно, по содержанию углерода и определяют доэвтектоидный сплав. Здесь важно различать и классическую эвтектоидную, а также ледебуритную стали, которые имеют много общего с описываемой разновидностью технического железа. Если рассматривать структурный класс стали, то доэвтектоидный сплав будет относиться к эвтектоидам, но содержащим в составе легированные ферриты и перлиты. Принципиальным отличием от заэвтектоиднов является уровень углерода, находящийся ниже 0,8%. Превышение этого показателя позволяет относить сталь к полноценным эвтектоидам. В некотором роде противоположностью доэвтектоида является заэвтектоидная сталь, в которой помимо перлита также содержатся вторичные примеси карбидов. Таким образом, существует два основных фактора, позволяющих выделять доэвтектоидные сплавы из общей группы эвтектоидов. Во-первых, это относительно небольшое содержание углерода, а во-вторых, это особый набор примесей, основу которых составляет феррит.
Источник