Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом.
Железо— пластичный металл серебристо-белого цвета с невысокой твердостью (НВ 80). Температура плавления — 1539°С, плотность 7,83 г/см3. Имеет полиморфные модификации. С углеродом железо образует химическое соединение и твердые растворы.
Ферритом называется твердый раствор углерода в а- железе. Содержание углерода в феррите очень невелико — максимальное 0,02% при температуре 727°С. Благодаря столь малому содержанию углерода свойства феррита совпадают со свойствами железа (низкая твердость и высокая пластичность). Твердый раствор углерода в высокотемпературной модификации Feα (т.е. в Feδ) часто называют δ- ферритом или высокотемпературным ферритом.
Рис. 8.1. Феррит
Аустенит — это твердый раствор углерода в γ- железе. Максимальное содержание углерода в аустените составляет 2,14% (при температуре 1147°С). Имеет твердость НВ 220.Рис. 8.2. Аустенит
Рис. 8.2. Аустенит
Цементит— это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe3C. В нем содержится 6,67 % углерода (по массе). Имеет сложную ромбическую кристаллическую решетку. Характеризуется очень высокой твердостью (НВ 800), крайне низкой пластичностью и хрупкостью.
Рис. 8.3. Пластинчатый перлит
Рис. 8.4. Зернистый перлит
Перлит — это механическая смесь феррита с цементитом. Содержит 0,8% углерода, образуется из аустенита при температуре 727°С. Имеет пластинчатое строение, т.е. его зерна состоят из чередующихся пластинок феррита и цементита. Перлит является эвтектоидом.
Эвтектоид— это механическая смесь двух фаз, образующаяся из твердого раствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).
Ледебуритпредставляет собой эвтектическую смесь аустенита с цементитом. Содержит 4,3% углерода, образуется из жидкого сплава при температуре 1147°С. При температуре 727°С аустенит, входящий в состав ледебурита превращается в перлит и ниже этой температуры ледебурит представляет собой механическую смесь перлита с цементитом.
Фаза цементита имеет пять структурных форм: цементит первичный, образующийся из жидкого сплава; цементит вторичный, образующийся из аустенита; цементит третичный, образующийся из феррита; цементит ледебурита; цементит перлита.
Диаграмма Fe-Fe3C. На рис. 8.5 приведена диаграмма состояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67%. Левая вертикальная ось соответствует 100% содержанию железа. На ней отложены температура плавления железа и температуры его полиморфных превращений. Правая вертикальная ось (6,67% углерода) соответствует 100% содержанию цементита. Буквенное обозначение точек диаграммы принято согласно международному стандарту и изменению не подлежит.
Точка | Температура при нагреве, °С | Предельная концентрация углерода, % | Характеристика точки |
А | Температура плавления железа | ||
В | 0,51 | Состав жидкой фазы при перитектической реакции | |
С | 4,3 | Состав эвтектики - ледебурита | |
D | 6,67 | Температура плавления цементита | |
Е | 2,14 | Предельная растворимость углерода в γ- железе | |
J | 0,16 | Состав аустенита при перитектической реакции | |
H | 0,1 | Состав феррита при перитектической реакции | |
N | Превращение δ - железа в γ - железо | ||
G | Превращение α - железа в γ - железо | ||
S | 0,8 | Состав эвтектоида - перлит | |
P | 0,025 | Предельная растворимость углерода в α - железе | |
Q | 0,01 | Минимальная растворимость углерода в α - железе |
Рис. 8.5. Диаграмма состояния железо-углерод.
Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания углерода делятся на техническое железо (до 0,02% С), сталь (от 0,02 до 2,14 % С) и чугун (от 2,14 до 6,67% С). Сталь, содержащая до 0,8% С называется доэвтектоидной, 0,8% С — эвтектоидной и свыше 0,8% С — заэвтектоидной. Чугун, содержащий от 2,14 до 4,3% С называется доэвтектическим, ровно 4,3% — эвтектическим и от 4,3 до 6,67% С — заэвтектическим.
Структура техническою железа представляет собой зерна феррита или феррит с небольшим количеством третичного цементита. Обязательной структурной составляющей стали является перлит. Структура доэвтектоидной стали, состоит из равномерно распределенных зерен феррита и перлита. Эвтектоидная сталь состоит только из перлита. Структура заэвтектоидной стали представляет собой зерна перлита, окруженные сплошной или прерывистой сеткой вторичного цементита. Для чугуна характерно наличие ледебурита в структуре. Структура доэвтектического чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита, эвтектическою — из ледебурита и заэвтектического — из ледебурита и первичного цементита.
Значение диаграммы железо - цементит состоит в том, что она позволяет объяснить зависимость структуры и, соответственно, свойств сталей и чугунов от содержания углерода и определить режимы термической обработки для изменения свойств сталей.
Вопросы для самоконтроля.
1. Назовите компоненты, фазы и структурные составляющие диаграммы.
2. Что такое феррит, аустенит, перлит, ледебурит и цементит?
3.Расскажите свойства микроструктуру фаз и структурных составляющих диаграммы.
4. Напишите реакции превращений на диаграмме.
5. Что такое линии ликвидус и солидус диаграммы?
6. Расскажите процесс кристаллизации сплавов с различным содержанием углерода ( <0,025; 0,16;0,51; 0,8; 1,5; 2,5 и 4,3% ).
Занятие 9. Практическая работа № 1 «Изучение диаграммы состояния «Железо-цементит».
Цель работы:
Изучение фаз и структурных составляющих, а также фазовых превращений диаграммы.
Материальное оснащение:
Для проведения работы необходимо иметь: плакат диаграммы состояния Fe-Fe3C, альбом микроструктур фаз и структурных составляющих диаграммы.
Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 5625;