7. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
Свойства сплавов зависят, от взаимодействия компонентов, т. е. от того, какая структура в них получается.
Диаграммы состояния характеризуют взаимодействие' компонентов и показывают, какая структура получается в зависимости от состава сплава. Следовательно, должна существовать связь между свойствами и типом диаграммы состояния. Основоположником учения о связи диаграмм состояния со свойствами сплавов является Н. С. К у р н а к о в.
На рис. 71 схематически показана зависимость свойств сплавов от типа диаграммы состояния. Отсюда можно вывести следующее:
1) при образовании механической смеси свойства изменяются прямолинейно (рис. 71, а);
2) при образовании твердых растворов свойства изменяются по плавным кривым (рис. 71,6);
3) при образовании химического соединения свойства изменяются резко, скачком (рис. 71, в).
По диаграммам состояния можно также определить технологические свойства сплавов.
Чем больше расстояние между линиями ликвидуса и солидуса, т. е. чембольшеинтервал кристаллизации, тем больше склонность сплава к ликвации,больше рассеянная пористость,склонность к образованию трещин в отливках. Лучшими литейными свойствами обладают эвтектические сплавы.
Эти же сплавы имеют лучшую обрабатываемость резанием и дают наилучшую чистоту поверхности. Однофазные сплавы — твердые растворы лучше деформируются в холодном и горячем состоянии.
Из изложенного видно, что диаграммы состояния позволяют на научной основе предвидеть поведение сплавов, выбирать сплавы в зависимости от назначения, применять различные виды обработки для получения заданной структуры и свойств сплава.
Строение железоуглеродистых сплавов
К железоуглеродистым сплавам относятся стали и чугуны. Основными элементами, от которых зависят структура и свойства сталей и чугунов, является железо и углерод.
1. Железо и его соединения с углеродом
Железо может находиться в двух аллотропических формах — а и γ. Железо с углеродом образует твердые растворы и химические соединения. а-Железо растворяет углерода очень мало (до 0,02% при 727°С). Твердый раствор (внедрения) углерода в а-железе называется ферритом. Структура феррита показана на рис. 72, а.
Феррит имеет низкую твердость и прочность [НВ=80; ав = 245 Мн/м2 25 кГ/мм2)] и высокую пластичность (б = 50%; ty = 80%). Поэтому технически чистое железо, структура которого представляет зерна феррита, хорошо подвергается холодной деформации, т. е. хорошо штампуется, прокатывается, протягивается в холодном состоянии.
Чем больше феррита в железоуглеродистых сплавах, тем они пластичнее.
γ-железо растворяет углерод в значительно больших количествах (до 2,14% при 1147° С).
Твердый раствор (внедрения) углерода в γ-железе называется аустенитом. Характерная особенность аустенита заключается в том, что он в простых железоуглеродистых сплавах может существовать только при высоких температурах. Как и всякий твердый раствор, аустенит имеет микроструктуру, представляющую собой зерна твердого раствора (рис. 72, б). Аустенит пластичен,
твердость его НВ =160 — 200, б = 40 — 50%, поэтому аустенит хорошо подвергается горячей деформации, т. е. если железоуглеродистый сплав находится в аустенитном состоянии, то он хорошо куется, штампуется, прокатывается.
Железо с углеродом также образуют химическое соединение Fe3C, называемое цементитом или карбидом железа. В цементите 6,67%С, цементит обладает большой твердостью (НВ=800), но совершенно непластичен, т. е. хрупкий F=0%). Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем большей твердостью и меньшей пластичностью они обладают. При микроскопическом исследовании цементит выявляется в виде светлых кристаллов (сетка на рис. 72, в). Цементит неустойчив и при определенных условиях может распадаться, выделяя свободный
углерод в виде графита. Это свойство цементита будет рассмотрено подробнее при изучении серых и ковких чугунов.