какие структуры могут быть в железоуглеродистых сплавах

Особенности и маркировка железоуглеродистых сплавов

Железоуглеродистые сплавы — соединения на основе железа и углерода. Первый выступает главным компонентом, а второй второстепенным. Также в составе присутствуют сторонние примеси — марганец, кремний, фосфор, сера. Эти соединения применяются в разных сферах промышленности.

Железоуглеродистые сплавы

Общие сведения

Железоуглеродистые сплавы — группа соединений на основе железа, насыщаемые дополнительными компонентами, главным из которых является углерод.

Железоуглеродистые сплавы делятся на 2 больших группы:

В отдельную группу нужно выделить специальные чугуны, второе название которых — ферросплавы. Они содержат марганец и кремний. Применяются для производства стали. С их помощью можно убрать вредную примесь, которая ухудшает технические характеристики.

Промышленное получение

Железоуглеродистые сплавы производятся металлургическими заводами из разных компонентов. Основа — железо с углеродом. Этапы производственного процесса:

Для производства чугуна применяются большие доменные печи. Их высота может достигать 30 м, а внутренний диаметр — 12 м.

Доменная печь (Фото: Instagram / viktormacha)

Компоненты сплавов

Технические характеристики железоуглеродистых сплавов зависят от типа и количества легирующих добавок:

Классификация

Сталь классифицируется по разным признакам. По химическому составу:

Маркировка

Свойства

Характеристики железоуглеродистых сплавов:

Железоуглеродистые сплавы производятся промышленными предприятиями. К ним относятся разные виды стали, чугуна. Они применяются в разных сферах промышленности.

Источник

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

Фазы и структуры в железоуглеродистых сплавах

Железоуглеродистые сплавы — стали и чугуны — важнейшие металлические сплавы современной техники. По объему производство чугуна и стали более чем в 10 раз превосходит производство всех других металлов, вместе взятых. В системе железо—углерод существуют следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение (цементит) и свободный углерод в виде графита. Кроме того, к структурным составляющим относят перлит и ледебурит — механические смеси.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в a-железе. У него ОЦК-решетка, и поэтому растворимость углерода в феррите очень мала. Низкотемпературный а-феррит содержит до 0,02% С, высокотемпературный феррит (или 8-феррит) — до 0,1% С. Техническое железо имеет структуру феррита, который вытравливается на шлифах в виде однородных зерен. Феррит высоко пластичен (d = 40. 50%) и мягок (80. 100 НВ), хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в у-железе с содержанием углерода до 2,14%. Микроструктура — однородные зерна, существует при t > 727 °С. Он пластичен, но более тверд, чем феррит (160. 200 НВ); кроме углерода, растворяет другие элементы.

Цементит — химическое соединение Fe₃C, содержащее 6,67% С. Он — самая твердая (800 НВ) и хрупкая составляющая сплавов железа с углеродом. Решетка сложная ромбическая, плотноупакован- ная. Температура плавления равна 1250 °С. До температуры 210 °С цементит магнитен; при высоких температурах разлагается на графит и аустенит. Он образует твердые растворы замещения, в которых углерод замещается неметаллами (кислородом и азотом), а железо — металлами (марганцем, хромом, вольфрамом и др.). Сплавы на основе цементита в чистом виде не используют. Чем больше цементита в железоуглеродистом сплаве, тем выше твердость последнего.

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,80% С. Он образуется во время перекристаллизации (распада) аустенита при 727 °С. Этот распад называется эвтектоидным превращением, а перлит — эвтектоидом. Перлит обладает высокой прочностью (а_в = 800 МПа) и твердостью (200 НВ); повышает прочностные свойства сплава. Структура перлита — чередующиеся пластинки феррита и цементита.

Ледебурит — механическая смесь аустенита и цементита — образуется во время кристаллизации сплава с 4,3% С при температуре 1147 °С. При температурах ниже 727 °С аустенит в ледебурите превращается в перлит, и после охлаждения ледебурит представляет собой смесь перлита с цементитом. Ледебурит — эвтектика. Он тверд (700 НВ), имеет сотовое или пластинчатое строение и содержится во всех белых чугунах.

Диаграмма состояния «железо—углерод». Для сплавов железа с углеродом строят две диаграммы состояния: неравновесную (метастабильную), которая характеризует превращения в системе «железо—цементит», и стабильную, характеризующую превращения в системе «железо—графит». Эти диаграммы совмещены на общей диаграмме состояния, приведенной на рис. 17. Она имеет две оси концентраций, соответствующие содержанию углерода и цементита. Часть диаграммы, имеющая практическое значение, расположена в диапазоне концентрации углерода до 6,67%, что соответствует химическому соединению Fe₃C (цементиту). На диаграмме первичной кристаллизации (см. рис. 17) она находится между линиями ликвидус ABCD и солидус AHJECF. Линия ВС определяет начало кристаллизации аустенита из жидкости, линия CD — температуру начала кристаллизации первичного цементита из жидкости, линия АН — границу области, соответствующей смеси кристаллов феррита и жидкости, ниже нее — область феррита. HJB — линия перитек- тического превращения феррита и жидкого сплава в аустенит. Линия ECFсоответствует кристаллизации эвтектики — ледебурита, PSK — эв- тектоидному превращению аустенита в феррит и цементит. Точка А на диаграмме соответствует температуре плавления чистого железа, D — температуре плавления цементита, N и G — температурам аллотропических превращений железа 1392 и 911 °С. Точки Н и Р определяют предельное содержание углерода в высокотемпературном и низкотемпературном ферритах, Е — предельное содержание углерода в аустените. Остальные точки характеризуют эвтектические (С, F), эвтектоидные (5, К), и перитектические (У, В) превращения. Ниже линии GSE происходит вторичная кристаллизация, ниже линии QP — третичная.

Сплавы, содержащие менее 0,02% С, называются техническим железом, от 0,02 до 2,14% С — сталями, более 2,14% С — чугунами. Стали, содержащие 0,02. 0,8% С, называются доэвтектоидными, 0,8% С — эвтектоидными, 0,8. 2,14% С — заэвтектоидными. Чугуны, содержащие 2,14. 4,3% С, называются доэвтектическими, с 4,3% С, — эвтектическими, а более 4,3% С, — заэвтектическими.

Рис. 17. Диаграмма состояния «железо-углерод»: 1 — метастабильная; 2 — стабильная

Диаграмма состояния системы железо-углерод позволяет связать внутреннее строение железоуглеродистых сплавов с их химическим составом и условиями охлаждения.

Микроструктура железоуглеродистых сплавов. На рис. 18а приведены упрощенная диаграмма состояния системы «железо—углерод» и микроструктуры сплавов различного состава после их затвердевания с умеренной скоростью охлаждения. На этом же рисунке показаны кривые охлаждения выбранных сплавов: масштаб температур диаграммы состояния и кривых охлаждения сплавов одинаков.

Охлаждение расплава К_х (рис. 18я), содержащего 0,025% С, характеризуется отрезком 1—2. Кристаллизация сплава начинается в точке 2 и заканчивается в точке 3. От точки 2 до точки 3 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита переменного состава, причем концентрация жидкости изменяется по линии ликвидус, а концентрация твердей фазы — по линии солидус. От точки 3 до точки 4 происходит охлаждение аустенита, от точки 4 до точки 5 — выделение из аустенита кристаллов феррита. На отрезке 5—6 охлаждается феррит. На отрезке 6— 7 при охлаждении ниже температуры 727 °С из феррита выделяется избыточный углерод в виде так называемого третичного цементита.

Затвердевший сплав имеет структуру феррита (светлые зерна различной величины и формы) и небольшое количество третичного цементита, располагающегося преимущественно по границам зерен феррита 5 (рис. 186).

Рис. 18. Кривые охлаждения сплавов и диаграмма состояния системы Fe-C (а) и микроструктура сплавов с различным содержанием углерода (б-з)

Охлаждение сплава К₂ между точками 1—4 протекает так же, как и сплава К_>. От точки 4 до точки 5 из аустенита выделяется феррит. На линии 5—5′ происходит эвтектоидное превращение, т.е. аустенит превращается в перлит. От точки 5′ до точки 6 из феррита выделяется третичный цементит. По мере увеличения содержания углерода вплоть до 0,8% на микрофотографиях шлифов доэвтектоидных сталей появляется перлит, который располагается между светлыми зернами феррита (рис. 18в). При увеличении концентрации углерода в стали количество перлита пропорционально возрастает.

Охлаждение эвтектоидного сплава К₃, содержащего ровно 0,8% С, между точками 1—4 аналогично предыдущему. По линии 4—4′ при температуре 727 °С происходит заэвтектоидное превращение. Охлаждение от точки 4′ до точки 5 связано с выделением из феррита третичного цементита. На микрошлифе стали, содержащем 0,8% С, в поле зрения микроскопа виден перлит (рис. 18г).

Охлаждение заэвтектоидного сплава К_А в первой фазе (между точками 1—4) протекает аналогично охлаждению эвтектоидного сплава К_у При дальнейшем охлаждении от точки 4 до точки 5 из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита. По линии 5—5′ протекает эвтектоидное превращение (аустенит с 0,8% С превращается в перлит того же состава), и от точки 5′ до точки 6 из феррита выделяется третичный цементит. Заэвтектоидные стали К_А (рис. 18д), содержащие от 0,8% до 2,14% С, состоят из перлита и вторичного цементита. При медленном охлаждении вторичный цементит кристаллизуется по границам зерен аустенита, образуя твердую и хрупкую оболочку в виде сетки. Выделение вторичного цементита в виде пластинок нежелательно, так как сталь с такой структурой обладает повышенной хрупкостью. Поэтому стремятся получить цементит в виде зерен.

Доэвтектический сплав К₅ охлаждается следующим образом: между точками 1—2 сплав находится в жидком состоянии. Между точками 2—3 выделяются кристаллы аустенита переменного состава. На отрезке 3—3′ происходит эвтектическое превращение. От точки 3′ до точки 4 из аустенита выделяется вторичный цементит. По линии 4—4’происходит эвтектоидное превращение, и между точками 4’—5 из феррита выделяется третичный цементит. На рис. 18с приведена микроструктура доэвтектического сплава — чугуна, содержащего 3,5% С; на микрофотографии видны перлит, ледебурит и вторичный цементит.

Охлаждение эвтектического сплава К_в, содержащего 4,3% С, протекает так: между точками 1—2 сплав находится в жидком состоянии. Линия 2—2′ соответствует эвтектическому превращению — жидкий сплав затвердевает с образованием ледебурита. По линии 2’—3 из аустенита выделяется вторичный цементит. Участок 3—3′ соответ- зз

ствует эвтектоидному превращению, а по линии 3’—4 из феррита выделяется третичный цементит. Микроструктура чугуна эвтектического состава, показанная на рис. 18ж, состоит из ледебурита, в котором темные составляющие — продукты распада аустенита (перлит), а светлые составляющие — цементит.

При охлаждении заэвтектического сплава К₇ в интервале точек 2—3 выделяются кристаллы первичного цементита. Линия 3—3’ отвечает эвтектическому превращению, по линии 3’—4 из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита. Линия 4—4 — эвтек- тоидное превращение в сплаве. Между точками 4—5 выделяется третичный цементит. В структуре заэвтектических чугунов также имеется ледебурит, но здесь он располагается между светлыми иглами первичного цементита, выпадающего из чугунного расплава при его затвердевании (рис. 18з).

Увеличение содержания углерода в стали приводит к повышению прочности (о_в, о_{0 2}) и твердости НВ, понижению пластичности — 8, КСЩрис. 19). ’

Рис. 19. Влияние содержания углерода на механические свойства стали

Грубая литая структура обладает худшими свойствами (понижаются главным образом показатели пластичности). Марганец заметно влияет на свойства стали, повышая прочность в горячекатаных изделиях, изменяя и некоторые другие свойства. Но так как во всех сталях содержание марганца примерно одинаково, то его влияние на сталь разного состава остается неощутимым. Кремний, остающийся после раскисления в твердом растворе (феррите), повышает предел текучести о_{0 2} и затрудняет холодную штамповку. Сера и фосфор являются вредными примесями в стали. Сера образует легкоплавкую эвтектику (/ = 988 °С), которая вновь расплавляется при температурах прокатки (1000. 1200 °С), что и приводит к возникновению надрывов и трещин (красноломкость). Фосфор уменьшает пластичность и вязкость стали. Чем больше в стали фосфора, тем значительнее снижение вязкости.

Источник

Фазы и структуры железоуглеродистых сплавов

Железоуглеродистый сплав в зависимости от физических условий (температура, давление) может находиться в трех фазовых состояниях: жидкой, полужидкой и твердой фазе, каждая из которых, несмотря на однородность химического состава, имеет различные физические и механические свойства. При изучении свойств железоуглеродистых сплавов научно-практический интерес представляют различные структуры твердой фазы, которые при взаимодействии с углеродом образуют железо. Это химическое соединение цементит, твердые растворы аустенит и феррит, механические смеси перлит и ледебурит.

Цементит — химическое соединение углерода с железом (карбид железа) Fe₃C. Структура цементита представляет собой сложную ромбическую атомно-кристаллическую решетку со слабой металлической связью. Температура начала плавления цементита — 1147 °С, конца плавления — 1600 °С. Цементит с различными химическими элементами, находящимися в железоуглеродистых сплавах, образует твердые растворы замещения. При определенных условиях (температура и высокое давление) цементит распадается на свободный углерод (графит).

Цементит — ферромагнетик, аллотропных изменений не имеет, при температуре 217 °С теряет магнитные свойства. Количество углерода в цементите всегда постоянно и составляет 6,67 %. Цементит — самая твердая (700. 800 НВ) и хрупкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, режет стекло, не поддается обработке резанием. Пластичность цементита равна нулю. В изломе цементит имеет мелкозернистое или игольчатое строение, белый блестящий цвет и является типичной структурой белых передельных чугунов.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в а-железе. Это малонауглероженное железо с массовой долей углерода до 0,02 %. Феррит имеет твердость 60. 80 НВ, прочность на растяжение а_в = 250 МПа, пластичность 8. 50 %, является микроструктурой низкоутлеродистых сталей, которая представляет собой крупные светлые зерна.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в у-железе. Максимальная концентрация углерода в аустените составляет 2,14 %, твердость — 170. 220 НВ. Аустенит образуется при температуре 727 °С и имеет неустойчивую структуру, при охлаждении распадается. Структура аустенита обладает высокими механическими (прочность, пластичность, вязкость, твердость) и технологическими свойствами.

Перлит — механическая смесь твердого раствора феррита и химического соединения цементита. Такая смесь получила название эвтектоида (легкораспадающийся). Перлит имеет мелкопластинчатую или зернистую структуру. Массовая доля углерода в перлите составляет 0,83 %, твердость — 200. 240 НВ, предел прочности на растяжение а_в = 1100. 1150 МПа. Перлит — структура неустойчивая, при температуре 727 °С распадается на аустенит.

Ледебурит — механическая смесь аустенита и цементита. Ледебурит (эвтектика) содержит 4,3 % углерода, плавится при постоянной температуре 1147 °С.

Сталь с массовой долей углерода 0,83 % называется эвтекто- идной, менее 0,83 % — доэвтектоидной и более 0,83 % — заэв-

Рис. 2.10. Микроструктура углеродистых сталей: а — доэвтектоидная сталь; б — эвтектоидная сталь; в — заэвтектоидная сталь

Рис. 2.11. Микроструктура белых чугунов: а — доэвтектический чугун (перлит + ледебурит + цементит); б — эвтектический чугун (ледебурит); в — заэвтектический чугун (ледебурит + цементит первичный) тектоидной. Микроструктуры эвтектоидной (перлит), доэвтекто- идной (феррит + перлит) и заэвтектоидной (перлит + цементит вторичный) сталей представлены на рис. 2.10.

Чугун с массовой долей углерода 4,3 % называется эвтектическим, менее 4,3 % — доэвтектическим, более 4,3 % — заэвтек- тическим (рис. 2.11).

Источник

Фазы и структуры в железоуглеродистых сплавах

Фазы в сплавах железо-углерод представляют собой жидкий сплав, твердые растворы – феррит и аустенит, а также цементит и свободный углерод в виде графита. Структуры – перлит, ледебурит.

Феррит (Ф или α) – твердый раствор внедрения углерода в a-Fe. Он имеет ОЦК ре­шетку, растворимость в которой углерода мала. Различают низкотемпературный и высокотем-пературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном Ф – 0,02%, минимум 0,002%, в высокотемпературном – 0,1%. Низкая растворимость углерода в a-Fe обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Атом углерода располагается в центре грани куба. Значительная доля атомов углерода размещается на дефектах (вакансиях, дислокациях).

Кроме углерода феррит растворяет N₂ (твердый раствор внедрения) и легирующие металлы (твердые растворы замещения).

Феррит – мягкая, пластичная фаза, НВ 80-90.

Аустенит (А или γ) (Аустен – английский ученый) – твердый раствор внедрения углерода в γ-Fe. Имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой почти в 2 раза больше, чем в ОЦК. Растворимость углерода в γ-Fe достигает 2,14%. Аустенит также может растворять другие элементы, причем металлы образуют твердые растворы замещения. Аустенит пластичен, но более прочен, чем феррит, НВ 160-200.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом – Fe₃C. Содержит 6,67% углерода и имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. При нормальных условиях цементит тверд (НВ 800) и хрупок. Он слабо ферромагнитен до температуры 210 0 С (т. А₀). Цементит является метастабильной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит. При высокой температуре цементит неустойчив и разлагается на графит и аустенит, поэтому Тпл. точно не определена и принимается приблизительно 1550 0 С.

В цементите железо может замещаться Mn, Cr и другими металлами, углерод – частично азотом.

Перлит – механическая смесь, состоящая из очень мелких пластинок, или зернышек цементита, расположенных в ферритной основе. Перлит является эвтектоидом. Эвтектоидом называется характерная равномерная пластинчатая или зернистая микросмесь, подобная эвтектике, но, в отличие от нее, образующаяся не из жидкого состояния, а при превращении твердого раствора.

Эвтектоиды, как и эвтектики, встречаются не только в сплавах железо – цементит (Fe-Fe₃C), но и в других сплавах.

Поверхность травленого шлифа эвтектоидной стали имеет вид перламутра, отсюда и название (перлит).

В сплавах Fe-С, не содержащих примеси других компонентов, чистый перлит образуется при содержании 0,8% углерода. В сталях и чугунах, содержащих Si, Mn и другие элементы, чистый перлит получается при меньшем количестве углерода.

В зернистом перлите цементит имеет шарообразную форму. Такая структура часто встречается в высокоуглеродистых сталях, после специальной термической обработки (на зернистый перлит (цементит)). Механические свойства перлита зависят от дисперсности (степени измельчения) частичек цементита. Чем грубее и крупнее в перлите цементитные выделения, тем ниже его механические свойства. Твердость зернистого перлита колеблется в пределах НВ 160-220, а пластинчатого 200-250.

Ледебурит – (название в честь немецкого металлурга Ledebura) представляет собой эвтектику, состоящую [в момент образования] из цементита и аустенита, предельно насыщенного углеродом. Содержание углерода в ледебурите 4,3%. Ледебурит отличается большой твердостью (НВ более 700) и хрупкостью. Ледебурит встречается в структуре белых и половинчатых чугунов. Имеет сотовое или пластинчатое строение. При медленном охлаждении – сотовое, при быстром – пластинчатое.

3. Диаграмма состояния сплавов Fe-Fe₃C

Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом охватывает не все сплавы, содержащие от 0 до 100% углерода, а только часть их с содержанием от 0 до 6,67%, так как сплавы с более высоким содержанием углерода практического применения не имеют.

По горизонтальной оси диаграммы Fе-Fe₃C откладывается содержание “С” от 0 до 6,67%, а по вертикальной оси – температура. Каждая точка на диаграмме характеризует определенный состав сплава при определенной температуре:

Таблица 2

Линия АВСД (ликвидус) – начало затвердевания сплавов Fe-Fe₃C. Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии.

Линия AHIECF – линия солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

Линия АВ – начало выделения из жидкого раствора кристаллов феррита. Состав жидкой фазы при понижении температуры будет меняться по линии АВ – ликвидус, а состав твердой фазы по линии АН (солидус). При достижении температуры 1499 0 С состав жидкой фазы будет соответствовать т. В, а состав твердой фазы – т. Н. Жидкость и феррит при этой температуре будут реагировать между собой, в результате чего образуются новые кристаллы – кристаллы аустенита состава, соответствующего т. I. Это превращение носит название перитектического. Следовательно, HIB – перитектическая горизонталь, соответствующая температуре перитектического превращения.

Реакция образования перитектики протекает следующим образом:

Для образования 100% А состава точки I необходимо, чтобы количество жидкой фазы было пропорционально отрезку IН, а количество твердой фазы отрезку ВI. Таким образом, для сплавов, расположенных левее т. I при перитектической реакции не весь феррит пойдет на образование аустенита, часть феррита останется в виде избыточной фазы. Ниже перитектической температуры структура таких сплавов будет состоять из феррита и аустенита. Для сплавов, лежащих правее т. I в избытке будет жидкая фаза. Ниже перитектической температуры будут существовать также 2 фазы: L и А. На линии перитектики всегда находятся в равновесии 3 фазы определенного состава. В данном случае А_0.16%С, Ф_0,1%С и L_0,51%С.

Линии ВС и ДС – температуры начала кристаллизации аустенита (ВС) и первичного цементита (ДС). При выделении кристаллов аустенита из жидкой фазы ее состав будет обогащаться углеродом и, по мере понижения температуры, изменяться по линии ВС (ликвидус). Состав твердой фазы (А) при этом будет обогащаться углеродом и изменяться по линии IE (солидус).

При выделении из жидкой фазы кристаллов первичного цементита, состав ее будет обедняться углеродом и изменяться с понижением температуры по линии ДС (ликвидус). Состав твердой фазы (Ц) при этом постоянный.

При достижении температуры 1147 0 С жидкая фаза состава 4,3% С будет кристаллизоваться с образованием эвтектической (механической смеси), состоящей из аустенита состава т. Е и цементита состава т. F. Следовательно, линия ЕСF обозначает эвтектическую температуру, т.е. температуру образования ледебурита. Реакция образования ледебурита:

При этом в равновесии находятся всегда 3 фазы определенного состава: L_4,3%C; A_2,14%C; Fe₃C_6,67%C.

Для образования 100% ледебурита необходимо, чтобы количество цементита было пропорционально отрезку ЕС, а количество аустенита – отрезку CF.

Следовательно, для сплавов, расположенных левее т. С, в избытке находится аустенит, и структура таких сплавов после затвердевания состоит из аустенита и ледебурита. Для сплавов, расположенных левее т. С, в избытке находится Fe₃C_Ι, поэтому структура этих сплавов после затвердевания состоит из первичного цементита и ледебурита.

При дальнейшем охлаждении затвердевших железоуглеродистых сплавов ниже линии HIECF (солидус) происходят процессы, связанные с уменьшением растворимости углерода в γ и α-Fe, а также процессы, которые обусловливаются аллотропическими и полиморфными превращениями железа.

Линии GS и ES – соответствуют началу вторичной кристаллизации феррита (GS) и вторичного цементита (ES) из аустенита. Состав аустенита при понижении температуры меняется. Для сплавов, лежащих левее т. S – по линии GS, для сплавов, лежащих правее т. S – по линии ES. При достижении температуры 727 0 С состав аустенита соответствует т. S – 0,8%С.

Аустенит состава т. S превращается в эвтектоидную (механическую) смесь, состоящую из феррита состава т. Р и цементита состава т. К. Смесь носит название перлита. Линия PSK обозначает температуру образования перлита – эвтектоида. Реакция образования перлита:

Образование эвтектоида так же, как и эвтектики происходит при строго определенной температуре. В равновесии находятся 3 фазы определенного состава: А_0,8%С; Ф_0,02%С; Fe₃C_6,67%C; число степеней свободы С=0.

Для образования 100% перлита необходимо, чтобы количество цементита было пропорционально отрезку SP, а количество феррита – отрезку SK. Из диаграммы видно, что для сплавов, находящихся левее т. S в избытке феррит. Структура таких сплавов ниже температуры эвтектоидного превращения состоит из перлита и феррита.

Для сплавов правее т. S в избытке находится вторичный цементит. Структура этих сплавов состоит из перлита и вторичного цементита.

Линия PG обозначает температуру конца вторичной перекристаллизации аустенита в феррит. При охлаждении железоуглеродистых сплавов ниже линии PSK начнется третичная перекристаллизация, связанная с уменьшением растворимости углерода в феррите.

Линия PQ обозначает температуру начала кристаллизации третичного цементита из феррита. Линия МО – соответствует температуре 768 0 С (т. Кюри, А₂).

В технических сплавах Fe-С, чугунах, содержащих значительное количество Si, углерод выделяется из жидкого сплава и из аустенита в форме графита. Три линии на диаграмме состояния (АС, АЕ и GS) являются общими. Остальные сплошные и пунктирные линии не совпадают, прежде всего потому, что при всех температурах предел растворимости углерода в железе меньше, чем цементита. Эвтектическая и эвтектоидная температуры у системы Fe-C выше, чем у системы Fe-Fe₃C.

На практике обе эти системы могут встречаться вместе.

1. Изменение свободной энергии при графитизации.

2. Графитизация из жидкой фазы. Диаграмма состояния.

3. Графитизация из аустенита.

4. Влияние на графитизацию скорости охлаждения и химического состава чугуна.

6. Влияние различных элементов на свойства чугуна.

7. Свойства белых и серых чугунов.

8. Механические свойства и маркировка серых чугунов. Антифрикционные чугуны.

Графитизацией называется процесс кристаллизации (выделения) графита в сплавах Fe с «С». Графит может кристаллизоваться как из жидкой фазы при затвердевании чугуна, так и из твердой фазы (из аустенита).

Основной движущей силой процесса графитизации является стремление к наименьшему запасу свободной энергии. Схема изменения свободной энергии жидкого сплава, цементита и графита выглядит следующим образом:

Из графика видно, что при температуре выше Т₁ наименьшей свободной энергией обладает жидкий сплав, а от Т₁ до Т₂ – графит, который и будет выделяться в этом интервале температур. Ниже температуры Т₂ меньшей, в сравнении с жидким сплавом, свободной энергией обладают и графит и цементит, но, т.к. кривая свободной энергии для цементита Z_ц проходит выше кривой для графита Z_гр, сначала будет выделяться цементит. Затем цементит будет превращаться в графит, обладающий меньшим запасом энергии. Согласно диаграмме состояния сплавов железо-графит, разница между температурами Т₁ и Т₂ будет всего 1153-1147=6 0 С, поэтому уже при незначительном переохлаждении будет происходить кристаллизация не графита, а цементита.

2.Графитизация из жидкой фазы. Диаграмма состояния.

При повышенном содержании «С» и Si, расширяющих температурный интервал графитизации, а также при медленном охлаждении в крупных отливках облегчается непосредственная кристаллизация графита из жидкого сплава.

Процесс графитизации осуществляется по дислокационному механизму и сводится к образованию центров графитизации и росту вокруг них графитовых включений. Дислокации и точечные дефекты играют при этом значительную роль.

Графитизация чугуна из жидкой фазы происходит согласно диаграмме графитовой системы (диаграмма состояния стабильного равновесия Fe-C).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник