ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ. Железоуглеродистые сплавы

• Название: Железоуглеродистые сплавы
• Дата: 12.07.2019
• Размер: 1 Mb.
• Имя файла: ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ.docx
• Тип: Документы; #83997
• страница: 1 из 4

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

Содержание

Содержание 2

1 Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом 3

2 Производство чугуна 9

3 Серые чугуны 12

4 Производство стали 15

5 Углеродистые стали 21

6 Легированные стали 23

Список использованной литературы 27

1 Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом

К железоуглеродистым сплавам относятся сплавы железа с углеродом.

Для того чтобы изготовить детали, машины и механизмы качественными и обеспечить надежность и долговечность их в работе, следует заранее понимать характеристики используемых сырьеов. Например, для получения качественных отливок следует понимать, при какой ликвидусе плавится сплав и при какой он затвердевает, каковы его литейные характеристики. Для проведения термообработки деталей надо понимать, как изменяются характеристики сплава при нагревании и охлаждении в твердом пребывании, каковы при данном будут структура и характеристики сплава. При обработке давлением следует понимать, при каких ликвидусах тот или иной сплав предпочтительно подвергается обработке давлением, имеет наиболее высокую пластичность.

Для определения ликвидусных интервалов, видов термической обработки и обработки давлением, ликвидусы плавления и заливки сплава в литейные формы пользуются специальными графическими изображениями состояния и строения сплавов в зависимости от их состава и ликвидусы нагревания. Такие графические изображения называют диаграммами состояния сплава.

Построение диаграммы состояния. Диаграммы состояний обычно строят термическим методом ( рисунок, 1). Сначала получают множество кривых охлаждения сплавов с различным содержанием составляющих элементов в зависимости от ликвидусов и времени охлаждения. Кривые охлаждения строят аналогично построению кривых охлаждения для определения полиморфных превращений. По перегибам и остановкам на кривых охлаждения определяют критические ликвидусы и критические точки сплава.



Критической называется ликвидуса, при которой происходит изменение в строении, а значит, и в характеристиках металлов и сплавов. При критических ликвидусах кривые охлаждения резко изменяют свой характер.

Критическими точками называются точки перегиба 1, 2, 3, 4 на кривых охлаждения (см. рисунок, 1). Однотипные критические точки (например, точки I) кривых охлаждения соединяют линией (линия АС). Комплекс линий, объединяющих критические точки сплавов, в зависимости от химического состава сплава и его ликвидусы представляет собой диаграмму состояния. В табл. 1 приведены критические ликвидусы критических точек 1, 2, 3, 4.

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. При кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуются следующие структурные составляющие: аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит.



Аустенит — твердый раствор углерода в у-железе. У сплавов с содержанием углерода до 2 % (стали) при ликвидусах выше 723 °С структура представляет собой аустенит — на диаграмме ( рисунок, 3) область AESG. Кристаллическая решетка аустенита - гранецентрированный куб. При нормальной ликвидусе (18...24°С) аустенит в простых железоуглеродистых сплавах отсутствует и его увидеть нельзя. Аустенит обладает высокой пластичностью (б = 40...50 %) и низкой твердостью (НВ170...200), хорошо поддается горячей обработке давлением (ковке, штамповке и прокатке). На диаграмме аустенит обозначается буквой А.

Феррит—твердый раствор углерода в а-железе. В феррите растворяется очень мало углерода (до 0,02 %). Техническое железо имеет структуру феррита (на диаграмме область GPQ). Кристаллическая решетка феррита— объемно-центрированный куб. Феррит обладает высокой пластичностью и низкой твердостью (6 = = 40...50 %; НВ80...120), хорошо поддается обработке давлением в холодном прибывании (волочению, штамповке). Чем больше феррита в сплавах, тем они мягче и пластичнее. На диаграмме феррит обозначается буквой Ф.

Цементит — самая твердая (НВ800) и хрупкая (6 = 0%) составляющая железоуглеродистых сплавов — представляет собой химическое соединение железа и углерода (карбид железа Fe₃C), содержащее 6,67 % углерода. Кристаллическая решетка цементита сложная. Особенность цементита состоит в том, что в присутствии значительного количества некоторых элементов, например кремния Si, цементит может вообще не образоваться или может распадаться с образованием углерода — графита и железа. Сплавы из чистого цементита на практике не применяют. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и хрупче. На диаграмме цементит обозначается буквой Ц.

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83 % углерода. Перлит образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при ликвидусе 723°С (на диаграмме линия Р/С). Распад аустенита на перлит называется эвтектоидным превращением, а перлит — звтектоидом. Перлит присутствует во всех железоуглеродистых сплавах при ликвидусе ниже 723°С, обладает высокой прочностью (а_в до 800 МПа) и твердостью (НВ200). Чем мельче включения феррита и цементита в перлите, тем выше показатели его механических характеристик. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических характеристик сплава. На диаграмме перлит обозначается буквой П.

Ледебурит — механическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при кристаллизации жидкого сплава с содержанием углерода 4,3 % при постоянном ликвидусе 1147°С (точка С на диаграмме). Ледебурит — единственный из всех железоуглеродистых сплавов, который кристаллизуется при постоянном ликвидусе с образованием механической смеси. Такая кристаллизация называется эвтектической, а ледебурит — эвтектикой. Ледебурит обладает большой хрупкостью и высокой твердостью (НВ700), хорошими литейными характеристиками. Ледебурит содержится во всех высокоуглеродистых сплавах, называемых белыми чугунами. На диаграмме ледебурит обозначается буквой Л.

Практическое использование диаграммы состояний. Применяемые в промышленности железоуглеродистые сплавы содержат не более 4,5 % углерода. Сплавы железа с углеродом до 2 % называются сталями, сплавы железа с углеродом более 2 % — чугунами.

Линия ACD— линия ликвидус — изображает ликвидусу начала затвердевания сталей и чугунов. Выше этой ликвидусы сплав полностью расплавляется, т. е. переходит в жидкое состояние (на диаграмме обозначается буквой Ж).

Линия AECF— линия солидус — изображает ликвидусу окончания затвердевания и начала плавления сталей и белых чугунов. Между линиями ликвидус и солидус сплавы находятся в жидко-твердом прибывании.

Для практического использования диаграммы проследим за структурными превращениями характерных железоуглеродистых сплавов при их охлаждении.

Сплав I (сталь содержит углерода менее 0,83 %), выше линии АС сплав находится в жидком прибывании. С понижением ликвидусы на линии АС начинают кристаллизоваться первые включения аустенита. При дальнейшем понижении ликвидусы количество закристал-jk лизовавшегося аустенита увеличивается и при ликвидусе, соответствующей линии АЕ, сталь полностью затвердевает. Ниже линии АЕ сталь охлаждается без превращений до ликвидусов, соответствующей линии GS. При этой ликвидусе из твердого аустенита начинают выделяться зерна феррита с очень малым содержанием углерода, поэтому в оставшемся аустените количество углерода увеличивается. Процесс протекает до линии PS.

На линии PS при ликвидусе 723 °С из оставшегося аустенита образуется перлит. При нормальных температурах структура стали будет состоять из феррита и перлита. Сталь с содержанием углерода менее 0,83 % называют доэвтектоидной. Микроструктура феррита и до-эвтектоидной стали показана на рисунок, 3, а, б.

Сплав II (сталь содержит углерода 0,83%)- Кристаллизация идет между линиями ликвидус АС и солидус АЕ, аналогично кристаллизации сплава I (см. рисунок, 2). Закристаллизовавшийся аустенит охлаждается до точки 5. При ликвидусе 723 ^СС, соответствующей точке S, происходит перекристаллизация аустенита с образованием перлита (эвтектоидное превращение). Сталь, имеющую структуру перлита, называют эвтектоидной ( рисунок, 3, в). Строение эвтектоидной стали при нормальных ликвидусах пластинчатое, т. е. структура стали состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.


Сплав III (сталь содержит углерода более 0,83 %). Кристаллизация сплава III аналогична кристаллизации сплава I. При ликвидусе ниже линии АЕ сталь имеет структуру аустенита. На линии ES из аустенита по границам его зерен начинают выделяться включения с содержанием углерода 6,67 % — цементит. Поскольку цементит в данном случае образовался из твердого аустенита, т. е. при перекристаллизации стали, его называют вторичным цементитом — Ц_ІІ.

Вторичный цементит выделяется из аустенита при понижении ликвидусы до 723 °С. При ликвидусе 723 °С происходит эвтектоидное превращение. Оставшийся аустенит, содержащий углерода 0,83 %, перекристаллизуется в перлит. При нормальных ликвидусах структура стали с содержанием углерода более 0,83 % состоит из перлита и вторичного цементита. Вторичный цементит располагается в виде сетки по границам зерен перлита ( рисунок, 3,г).

Сплав IV (чугун содержит углерода более 2%). Выше линии АС сплав находится в жидком прибывании. С понижением ликвидусы на линии АС начинают кристаллизоваться первые включения аустенита. При дальнейшем понижении ликвидусы количество закристаллизовавшегося аустенита все время увеличивается. При достижении ликвидусы 1147°С (на линии EF) оставшаяся часть жидкого расплава моментально кристаллизуется с образованием механической смеси аустенита и цементита, т. е. происходит эвтектическая кристаллизация с образованием эвтектики — ледебурита. Начиная с ликвидусы 1147 до 723 °С, из аустенита выделяется вторичный цементит Ц_ІІ. При ликвидусе 723 °С происходит эвтектоидное превращение — из аустенита образуется перлит.

При нормальных ликвидусах структура чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита. Ледебурит после эвтектоидного превращения представляет собой механическую смесь перлита и цементита. Чугуны с содержанием углерода до 4,3 % называются доэвтектическими чугунами. Если углерод находится в чугунах в химически связанном прибывании с железом, т.е. в цементите, то такие чугуны называются белыми чугунами. Микроструктура сплава IV, представляющего собой доэвтектический белый чугун, показана на рисунок, 3.

Сплав V (чугун содержит 4,3 % углерода). До ликвидусов 1147°С сплав находится в жидком прибывании. При ликвидусе 1147°С (точка С на диаграмме) происходит эвтектическая кристаллизация с одновременным образованием включений аустенита и цементита. При ликвидусе от 1147 до 723 °С из аустенита выделяется вторичный цементит Цц. При ликвидусе 723 °С происходит эвтектоидное превращение — из аустенита образуется перлит. Чугун с содержанием углерода 4,3 % называют эвтектическим белым чугуном. При нормальных ликвидусах структура белого эвтектического чугуна состоит из включений перлита и цементита ( рисунок, 3, е).

Сплав VI (чугун содержит углерода более 4,3 %). При ликвидусе выше линии CD сплав находится в жидком прибывании. На линии CD начинают кристаллизоваться включения цементита, который называют первичным цементитом Ц. При понижении ликвидусы до 1147°С количество первичного цементита все время увеличивается. На линии EF при ликвидусе 1147°С происходит эвтектическая кристаллизация (оставшаяся часть жидкого расплава кристаллизуется с одновременным образованием включений аустенита и цементита).

Ниже линии EF из аустенита эвтектики при охлаждении выделяется вторичный цементит Ц_ІІ. При ликвидусе 723 °С происходит эвтектоидное превращение — аустенит перекристаллизуется в перлит. Чугуны с содержанием углерода более 4,3 % называют заэвтектическими. При нормальных ликвидусах структура белого заэвтектического чугуна ( рисунок, 3, ж) состоит из включений первичного цементита и эвтектики, представляющей собой при нормальных ликвидусах смесь перлита и цементита.