Інформація про новину
  • Переглядів: 189
  • Дата: 9-05-2021, 00:21
9-05-2021, 00:21

4.4 Діаграма стану залізо - вуглець

Категорія: Матеріалознавство





Попередня сторінка:  4.3. Компоненти і фази у сплавах заліза ...
Наступна сторінка:   5.1. Термічне оброблення сталі

Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• особливості діаграм стану залізовуглецевих сплавів;

• види системи залізовуглецевих сплавів;

• лінії у координатах температура - концентрація компонентів;

• умови зміни структури при зниженні температури сплаву.

1. У діаграмі стану залізо - вуглець (цементит) розглядають процеси кристалізації, що відбуваються у залізовуглецевих сплавах (сталі, чавуні), й перетворення у їхніх структурах, отримані при повільному охолодженні від розплавленого стану до кімнатної температури.

2. Можливими є дві системи залізовуглецевих сплавів: залізо і карбід заліза - система Fe - F3C, залізо і графіт - система Fe - С. Діаграмою станів Fe -Fe3C ми користуватимемося під час вивчення сталі й білих чавунів, тобто таких, у яких нема вільного вуглецю (графіту).

3. По вертикалі відкладають температуру, по горизонталі - концентрацію вуглецю від 0 до 6,67 % (саме така кількість його міститься у хімічній сполуці - цементиті Fe3C). Потрібно зазначити, що сплави з концентрацією вуглецю більше 5 % не мають практичного застосування, оскільки при більшій концентрації вуглець у залізі виділяється у вигляді великих пластин графіту.

4. У координатах температура - концентрація компонентів нанесено лінії діаграми, на кожній з яких відбуваються певні структурні перетворення. На цій діаграмі лінія ABCD - це лінія ліквідус, яка показує температури початку кристалізації і закінчення плавлення сплавів.

5. Лінія AHJECF - це лінія солідус, що показує температури закінчення кристалізації і початку плавлення сплавів.

6. На лівій верхній ділянці діаграми залізо - вуглець (у ділянці перитектичного перетворення) на ділянці АВ лінії ліквідус рідкий розчин переходить у ферит, на ділянці ВС - в аустеніт. Кристалізація фериту закінчується на ділянці АН, а аустеніту - на ділянці JE лінії солідус.

7. У переважній більшості випадків ми з перитектичним перетворенням не стикатимемося (сталь не нагрівають до цих температур під час термічної обробки і різних видів гарячої деформації). Тому іноді спрощують ліву верхню частину діаграми, вважаючи умовно, що при всіх концентраціях аустеніт виділяється безпосередньо із рідкого сплаву, тоді ця частина діаграми буде схожою з діаграмою другого типу.

8. Залізовуглецеві сплави з концентрацією вуглецю від 2,14 до 6,67 % називають чавунами. Особливості первинної кристалізації цих сплавів полягають у тому, що в них вона завершується евтектичним перетворенням при температурі 1147 °С,

коли рідина концентрації 4,3 % перетворюється на дві тверді фази - аустеніт із концентрацією вуглецю 2,14 % і цементит із концентрацією вуглецю 6,67 %, тобто утворюється евтектика, яка має назву «ледебурит».

9. Унаслідок первинної кристалізації в усіх сплавах із вмістом вуглецю до 2,14 % утворюється однофазна структура - аустеніт. Сплави заліза з вуглецем, в яких у результаті первинної кристалізації в рівноважних умовах формується аустенітна (однофазна) структура, називають сталлю.

10. У затверділих сплавах при зниженні температури спостерігається подальша зміна їхньої структури, пов'язана з перекристалізацією у твердому стані. Зі зниженням температури залізо переходить із однієї модифікації в іншу (з ГЦК в ОЦК). При охолодженні сплавів, що складаються з одного аустеніту, нижче лінії GS відбувається розпад аустеніту з виділенням із нього надлишкового фериту з вмістом вуглецю не більше 0,025 % (гранична розчинність вуглецю в ОЦК (точка Р)).

11. Крім того, під час зниження температури з аустеніту виділяються ферит і вторинний цементит. У точці S із вмістом вуглецю 0,8 %, при температурі 727 °С аустеніт розпадається, утворюючи рівномірну суміш фериту з цементитом - перліт. Таку сталь називають евтектоїдною. Сталь, у якій вміст вуглецю менше ніж 0,8 %, називають доевтектоїдною, а більше ніж 0,8 % - заевтектоїдною. Розпад аустеніту в доевтектоїдній сталі проходить по лінії GS, з виділенням фериту. В заевтектоїдній сталі початок розпаду аустеніту проходить по лінії SE з виділенням вторинного цементиту.

12. Отже, при кімнатній температурі доевтектоїдні сплави в ділянці І складаються із фериту, в ділянці II - із фериту і третинного цементиту, а в ділянці III - із фериту і перліту. Евтектоїдна сталь - перліт. Заевтектоїдні сплави (0,83— 2,14 % С) в ділянці IV складаються із перліту і цементиту вторинного. Сплави, які вміщують від 2,14 до 4,3 % С (ділянка V), складаються із перліту, вторинного цементиту і ледебуриту. Сплави, відповідно до евтектичної точки С, мають структуру одного ледебуриту. Сплави із вмістом вуглецю 4,3-6,7 % (ділянка VI) складаються з первинного цементиту і ледебуриту.

13. Структура сталі у процесі вторинної кристалізації (ліва нижня частина діаграми) змінюється, коли аустеніт розпадається на механічну суміш, що складається з фериту і цементиту.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке діаграма стану залізо - вуглець?

2. Яку величину відкладають у діаграмі залізо - вуглець по вертикалі і по горизонталі?

3. Які є дві системи залізовуглецевих сплавів?

4. Яка гранична концентрація вуглецю в системі залізо - вуглець?

5. Чому дорівнює гранична концентрація карбід заліза в системі Fe - Fe3C?

6. Що означає на діаграмі залізо - вуглець число 6,67 %?

7. Назвіть точки на діаграмі залізо - вуглець, через які проходить лінія солі-ДУС?

8. Чому спрощують перитектичну (ліву верхню) частину діаграми?

9. Як називають сплав заліза з вуглецем, у якому міститься від 2,14 до 6,67 % вуглецю?

10. Яка концентрація вуглецю у сталі?

11. Як називають рівномірну суміш фериту і цементиту?

12. Що відбувається в затверділих сталях при зниженні температури нижче 727 °С?

5. ОСНОВИ ТЕРМІЧНОГО ОБРОБЛЕННЯ СТАЛІ

Термічне оброблення - технологічний процес, сутність якого полягає у зміні структури металів і сплавів у процесі нагрівання, витримки та охолодження згідно зі спеціальним режимом і тим самим у зміні їхніх механічних і фізичних властивостей.

 

 

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019

 



Попередня сторінка:  4.3. Компоненти і фази у сплавах заліза ...
Наступна сторінка:   5.1. Термічне оброблення сталі



^