Диаграмма состояния железоуглеродистых
Сплавов
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значениеимеет диаграмма состояния системы Fe - С. Это объясняется тем,что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы.
Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: ме-! тастабильная, характеризующая превращения в системе Fe - ГезС (це-| ментит),и стабильная, характеризующая превращение в системе Fe - С (рис. 4.11).
|
|
Ф+Цш Ф+П Рис. 4.11. Диаграмма состояния Fe - FeaC
На то, что система Fe - С является более стабильной, чем система Fe - ГезС, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т.е. переходит в более стабильное состояние.
Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539 °С имеет две модификации — а и f. Модификация Fea существует при температурах до 911 °С и от 1392 до 1539 °С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при 20-25°С). Важной особенностью Fea является его ферромагнетизм ниже температуры 768 °С, называемой точкой Кюри.
Модификация Fe7 существует в интервале температур от 911 до L392°C, и имеет ГЦК решетку, период которой при 911 °С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК. В связи с этим при !'(!,» —>Fe7 объем железа уменьшается приблизительно на 1 %. Fe7 парамагнитно.
Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его ме-гастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз. (Это используют при получении синтетических алмазов.)
|
|
|
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий рас тнор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.
Феррит (обозначают Ф или а) — твердый раствор внедрения углерода в Fea. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет лишь 0,02%, в высокотемпературном — 0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Fea обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит — мягкая, пла-пичная фаза со следующими механическими свойствами: ств = 300 МПа; Л 10%; ф = 70 %; KCU = 2,5МДж/м2; твердость — 80 - 100 НВ.
Аустенит1 (обозначают А или 7) — твердый раствор внедрения углерода в Fe7. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой (>олыпе, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe7 значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (160 - 200 НВ) при 20 - 25 °С.
|
|
|
Цементит (обозначают Ц) — карбид железа (почти постоянного со-<чана) ГезС, содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (800 НВ) и хрупок. Он слабо фгрромагнитен и теряет ферромагнетизм при 210 °С. Температуру пла-нлгния цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 1260°С.
Графит - углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах и • иободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. I рафит 'кчектропроноден, химически стоек, малопрочен, мягок.
•1.3.2. Превращенияв сплавах системы железо— цементит
Фазовый состав
Диаграмма состояния Fe Fe.-jC (см. рис. 4.11) характеризует фазо-
И1.1И состав и превращения в системе Fe ГезС. Особенность диаграмм].!
наличие на. оси сое танов днух шкал, показывающих содержание углеро-
i.i и цементита. Координаты харак lepm.ix точек диаграммы приведет.]
м i .i'i.i . 1.1.
II 'Не II. >
I Л И И< К>>| (I V'li'IKilo I' Ave ll-llil.
Таблица 4-1- Характерные точки диаграммы состояния Fe—ГезС
Обозначение
t, °с
С, %
точки
А
1539
0
Н
1499
0,1
J
1499
0,16
В
1499
0,51
N
1392
0
D
1260
6,69
Е
1147
2,14
С
1147
4,3
F
1147
6,69
G
911
0
Р
727
0,02
S
727
0,8
К
727
6,69
Точка А определяет температуру плавления чистого железа, a D — температуру плавления цементита. Точки N и G соответствуют температурам полиморфных превращений железа. Точки Я и Р характеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемпературном и низкотемпературном феррите. Точка Е определяет наибольшую концентрацию углерода в аустените. Значения остальных точек будут ясны после проведенного анализа диаграммы.
Превращения в сплавах системы Fe - ГезС происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ликвидус (ABCD) и солидус (AHJECF). Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите; при понижении температуры эта растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ES и PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Цементит имеет почти неизменный состав (двойная вертикальная линия DFKQ). Выделяющийся из жилкости цементит иазыинюг иериичным, из
740945
■1.3. Диаграмм» гогтямия желе toyi леродистих пиитом 103
аустенита вторичным, из феррита -- третичным. Соответственно на диаграмме состояния CD линия первичного цементита, ES линия вторичного цементита; PQ —линия третичного цементита. В системе Ке Коз С происходят три изотермических превращения:
перитектическое превращение на линии HJВ (1499°С)
Фя + Жв -> А7; эвтектическое превращение на линии ECF (1147 °С)
ЖС - [АЕ + Ц];эвтектоидное превращение на линии PSK (727 °С)
As-ЧФр + Ц].
Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом^, эвтектоидная смесь феррита и цементита — перлитом.
Эвтектоид — перлит (0,8 %С) и эвтектику — ледебурит (4,3 %С) рассматривают как самостоятельные структурные составляющие, оказывающие заметное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей: <7„ = 800...900МПа; <т0,2 = 450 МПа; S <16%; твердость— 180...220 MB. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в перлит, и при 20 - 25 °С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной составляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (> 600 НВ) и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обработке давлением, затрудняет обработку резанием.
Железоуглеродистые сплавы подразделяют на две группы: стали, содержащие до 2,14 % С, и чугуны. Кристаллизация сталей Кристаллизация чистого железа протекает изотермически при 1Г).Ч9°С, а сплавов железа с углеродом — в интервале температур. Рассмотрим вначале верхний участок диаграммы состояния (рис. 4.12), где происходит перитектическое превращение. И честь немецкого ученого А. Ледебура. Рис. 4.12. Часть диаграммы состояния Fe - Fee С для сплавов, испытывающих перитектическое превращение Сплав /, содержащий менее 0,1 %С, не испытывает перитек-тического превращения. Он кристаллизуется в интервале температур точек 1-2. При этом составы жидкой фазы и феррита изменяются по обычным законам кристаллизации твердых растворов. Образуется зернистая структура, состоящая из кристаллов феррита. В интервале температур точек 3- 4 происходит перекристаллизация феррита в аустенит, вызванная полиморфизмом железа. Сплав III, содержащий 0,16 %C, при кристаллизации из жидкой фазы в интервале температур точек 8-9 образует кристаллы феррита, которые при температуре точки 9 имеют состав точки Я, а оставшаяся жидкость — состав точки В. При 1499°С протекает перитектическая реакция. Кристаллы феррита взаимодействуют с жидкой фазой, и образуются кристаллы аустенита состава точки J. Согласно правилу фаз перитекти-ческий процесс идет изотермически и при постоянной концентрации фаз, так как число степеней свободы при этом процессе равно нулю. Сплавы типа II имеют содержание углерода от 0,1 до 0,16 %. В интервале температур точек 5 - 6 выделяется феррит. При температуре точки 6 в сплаве // содержится избыточный феррит. В результате перитек-i ический процесс заканчивается образованием новой фазы аустенита при сохранении некоторого количества феррита: Фя + Жв = А7 + ФЯ(ост)- При дальнейшем охлаждении этот остаток феррита перекристаллизуется в аустенит с тем содержанием углерода, которое имеет сплав. Сплавы типа IV содержат от 0,16 до 0,51 %С. При температуре точки 11 они имеют избыток жидкой фазы по сравнению со сплавом ///. В результате перитектический процесс заканчивается образованием аустенита при сохранении некоторого количества жидкой фазы: !>// f Жи =.- A j + Ж;у(ос:т). При дальнейшем охлаждении в интернале температур точек // 12 оставшаяся жидкая фаза затвердевает, образуя аустенит. Концентрация углерода в аусгените ниже температуры точки И изменяется по линии Таким образом, все рассмотренные сплавы, лежащие ниже линий N J и J К, находятся в твердом состоянии и имеют аустенитную структуру. Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 426; Мы поможем в написании вашей работы!
Мы поможем в написании ваших работ!