Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Диаграмма состояния железо-цементит.

Началу изучению железоуглеродистых сплавов и процессов термической обработки было положено Д.К. Черновым в 1868 году.

Основными компонентами от которых зависит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод.

Чистое железо – металл серебристо – белого цвета; температура плавления 1539° С. Железо имеет две полиморфные модификации: α и γ. Модификация α существует при температурах ниже 911°С, и выше 1392°С :γ железо – при 911 -1392°С

В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие.

1. Феррит (Ф) — -твердый раствор внедрения углерода α-железе. Растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая растворимость — 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ 80—100) и прочность (σВ = 250 МПа), но высокую пластичность (σ = 50%; φ= 80%).

2. Аустенит (А)- твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14% при температуре 1147°С и 0,8% — при 727°С. Эта температура является нижней границей устойчивого существования аустенита в железоуглеродистых спла­вах. Аустенит имеет твердость НВ 160—200 и весьма пластичен (δ = 40—50%)

3. Цементит (Ц). — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ~800), хрупок и практически не обладает пластичностью. Цементит неустойчив и в определенных условиях распадается, выделяя свободный углерод в виде графита по реакции Fe3 Сâ3Fe+C.



Рис.1.22 Кристаллическая решетка и микроструктура цементита

 

4. Графит (Г) - это свободный углерод, мягок (НВ 3) и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в ви­де включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и хлопьевидной др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.

5. Перлит (П) — механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике,, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита (пластинки или зёрна) и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности σВ = 800 МПа; относительное удлинение δ=15%; твердость НВ 160. Перлит образуется следующим образом. Пластинка (глобуль) цементита начинает расти или от границы зерна аустенита, или центром кристаллизации является неметаллическое включение. При этом соседние области обедняются углеродом и в них образуется феррит. Этот процесс приводит к образованию зерна перлита, со­стоящего из параллельных пластинок или глобулей цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита тем хуже механические свойства перлита

6. Ледебурит (Л) — механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ 600—700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом.

Помимо перечисленных структурных составляющих в железоуглеродистых сплавах могут быть нежелательные неметаллические включения: окислы, нитриды, сульфиды, фосфиды — соединения с кислородом, азотом, серой, и фосфором. На их основе могут образовываться новые структурные составляющие, например фосфидная эвтектика (Fe + Fe3P + Fe3C) с температурой плавления 950°С. Она образуется при больших содержаниях фосфора в чугуне. При содержании фосфора около 0,5—0,7% фосфидная эвтектика в виде сплошной сетки выделяется по границе зерен и повышает хрупкость чугуна.

В диаграмме состояния железо - цементит (Fe—Fe3C) рассматриваются процессы кристаллизации железоуглеродистых сплавов (стали, чугуна) и превращения в их структурах при медленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры.

Рис. 1.23 Диаграмма состояния железо—цементит (в упрошенном виде): А - аустенит, П — перлит, Л — ледебурит, Ф — феррит. Ц — цементит

 

 

Диаграмма (рис. 1.23) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита ( 6, 67% С)

Сплавы с содержанием углерода до . 2,14% называют сталью, а от 2.14 до 6,67% -чугуном.

Диаграмма состояния Fe—Fe3C представлена в упрощенном виде

Первичная кристаллизация т. е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах соответствующих линии ликвидуса ACD. Точка А на этой диаграмме соответствует температуре 1539°С плавления (затвердевания) железа, точка D – температура ~1600°С плавления затвердевания цементита. Линия солидуса AECF соответствует температурам конца затвердевания. При температурах, соответствующих линии АС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии СD цементит, называемый первичным цементитом В точке С. при 1147°С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустент и цементит (первичный) образуя эвтектику - ледебурит. При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ сплавы с содержанием углерода до 2.14% окончательно затвердевают с образованием аустенита. На линии солидуса ECF сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвёрдёвают с образованием эвтектики (ледебурита и структур, образовавшихся ранее из жидкого сплава, а именно: в интервале 2,14-4,3% С -аустенита, а в интервале 4,3— 6,67% С - цементита первичного (см. рис. 1.20)В результате первичной кристаллизации во всех"сплавах с содержанием углерода до 2,14% т. е. в сталях, образуется однофазная структура - аустенит. В сплавах с содержанием углерода более 2,14%, т. е. в чугунах, при первичной кристаллизации образуется эвтектика ледебурита.

Вторичная кристаллизация (превращение в твердом состоянии) происходит при температурах, соответствующих линиям GSE, PSK. и GPQ. Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной аллотропической модификации в другую (γ в α) и в связи с изменением растворимости углерода в аустените и феррите. С понижением температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цементита.

В области диаграммы AGSE находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением феррита при температурах, соответствующих линий GS, и цементита, называемого вторичным, при температурах, соответствующих линии SE. Вторичным называют цементит, выделяющийся из твердого раствора аустенита, в отличие от первичного цементитa, выделяющегося из жидкого расплава. В области диаграммы GSP находится смесь феррита и распадающегося аустенита. Ниже линии GP существует только феррит. При дальнейшем охлаждении до температур, соответствующих линии PQ, из феррита выделяется цементит (третичный). Линия PQ показывает, что с пониже­нием температуры растворимость углерода в феррите уменьшается от 0,02% при 727°С до 0,005% при комнатной температуре!

В точке S при содержании 0,8% углерода и температуре 727°С весь аустенит распадается и превращается в механическую смесь феррита и цементита - перлит. Сталь, содержащую 0,8% углерода, называют . эвтектоидной (рис. 1.24 б). Стали, содержащие от 0,02 до 0,8% углерода, называют доэвтектоидными (рис. 1.23 ,а), а от 0,8 до 2,14% углерода — заэвтектоидными (рис. 1.24, в). При температурах, соответствующих линии PSTC происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита, представляющего собой механическую смесь феррита и цементита. Линию PSK называют линией перлитного превращения при температурах, соответствующих линии SE аустенит насыщен углеродом, и при понижении температуры из него выделяется избыточный углерод в виде цементита (вторичного).

 

 

Рис.1.24

а - доэвтектоидная сталь — феррит (светлые участки) и перлит (темные участки) при 500х увеличении, б — эвтектоидная сталь — перлит (1000х), в - заэвтектоидная сталь — перлит и цементит в виде сетки (200х)

 

Рис. 1.25. Микроструктура белого чугуна при 500х увеличении:

а - деэвтектический чугун перлит (темные участки) и ледебурит

-цементит вторичный в структуре не виден), б - эвтектический чугун - ледебурит (смесь перлита и цементита), в - заэвтектический чугун - цементит (светлые пластины) и ледебурит

 

Вертикаль DFKL означает, что цементит имеет неизменный химический состав. Меняется лишь форма и размер его кристаллов, что существенно отражается на свойствах сплавов. Самые крупные кристаллы цементита образуются, когда он выделяется при первичной кристаллизации из жидкости.

Белый чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим (рис. 1.25). Белые чугуны, содержащие от 2,14 до 4,3% углерода, называют доэвтектическими, а от 4,3 до 6,67% углерода — заэвтектическими.

По достижении температуры 727°С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8% углерода), превращается в перлит. После окончательного охлаждения доэвтектические белые чугуны состоят из перлита, ледебурита (перлит + цементит) и цементита (вторичного). Чем больше в структуре такого чугуна углерода, тем меньше в нем перлита и больше ледебурита.

Белый эвтектический чугун (4,3% углерода) при температурах ниже 727°С состоит только из ледебурита. Белый заэвтектический чугун, со­держащий более 4,3%. углерода, после окончательного охлаждения состоит из цементита (первичного) и ледебурита. Следует отметить, что при охлаждении ледебурита ниже линии PSK входящий в него аустенит превращается в перлит, т. е. ледебурит при комнатной температуре представляет собой уже смесь цементита и перлита. При этом цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита является причиной его большой твердости (НВ>600) и хрупкости.

Диаграмма состояния железо-цементит имеет большое практическое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ковка, горячая штамповка, прокатка) железоуглеродистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения темпере туры плавления, что необходимо для назначения режима заливки жидкого железоуглеродистого сплава в литейные формы.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.