- •Глава 1. «Строение материалов»
- •Раздел 1. Строение металлов
- •1.1. Атомно-кристаллическое строение
- •1.2. Дефекты строения кристаллических тел
- •1.3. Кристаллизация металлов
- •1.4. Формирование структуры деформированных металлов
- •Раздел 2. Строение сплавов
- •2.1. Фазы и структура металлических сплавов
- •2.2. Диаграммы состояния (фазового равновесия сплавов)
- •2.3. Диаграмма состояния системы железо – углерод
- •Раздел 3. Строение полимеров
- •3.1. Молекулярная структура полимеров
- •Глава 2. Модуль 2. «Свойства материалов и методы их определения»
- •Раздел 1. Свойства материалов
- •Критерии выбора материала
- •1.2. Механические свойства
- •1.3. Испытания долговечности
- •1.4. Изнашивание металлов
- •1.5. Физико-химические свойства материалов
- •Раздел 2. Методы контроля структуры и свойств материалов
- •2.1. Металлографические методы испытаний
- •2.2. Неразрушающие методы контроля
- •Глава 3. Модуль 3. «Термическая обработка»
- •Раздел 1. Основы теории термической обработки
- •Общие положения и определения
- •Классификация видов термической обработки стали
- •Теория термической обработки
- •Раздел 2. Технология термической обработки
- •2.1. Отжиг
- •2.2. Нормализация
- •2.3. Закалка
- •2.4. Отпуск
- •2.5. Термомеханическая обработка стали
- •Раздел 3. Поверхностное упрочнение металлов и сплавов
- •3.1. Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
- •3.2. Поверхностная закалка
- •3.3. Химико-термическая обработка
- •3.4. Циркуляционный метод химико-термической обработки
- •Глава 4. Модуль 4. «Материалы, применяемые в технике»
- •Раздел 1. Промышленные стали и сплавы
- •Общая классификация и маркировка сталей
- •1.2. Маркировка сталей по евронормам
- •1.3. Инструментальные стали и сплавы
- •1.4. Коррозионностойкие стали
- •1.5. Жаростойкие и жаропрочные стали
- •1.6. Хладостойкие стали
- •1.7. Порошковые материалы
- •1.8. Чугуны
- •Раздел 2. Цветные металлы и сплавы
- •2.1. Медь и ее сплавы
- •2.2. Алюминий и его сплавы
- •2.3. Титан и его сплавы
- •2.4. Никель и его сплавы
- •Раздел 3. Неметаллические материалы
- •3.1. Пластические массы
- •3.2. Резины
- •Раздел 4. Композиционные материалы
- •4.1. Общая характеристика
- •Раздел 5. Материалы с особыми физическими свойствами
- •5.1. Магнитные материалы
- •5.2. Проводниковые материалы
- •5.3. Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами
- •Приложение
- •Продолжение табл. 4
- •Продолжение табл. 4
- •Продолжение табл. 5
- •Продолжение табл. 5
- •Продолжение табл. 5
- •Перечень госТов на стали и сплавы
- •1. Сталь
- •2. Чугун
- •Глава 1. Модуль 1. «Строение материалов»……………….……13
2.3. Диаграмма состояния системы железо – углерод
В системе железо - углерод возможно присутствие следующих фаз: жидкой фазы, твердых растворов на базе α – Fе (феррита) и на базе γ – Fе (аустенита), химического соединения Fе3С (цементита) и графита.
Феррит (Ф), являющийся твердым раствором внедрения углерода в α – железе, обозначается Feα. При 727°С наблю-дается максимальная растворимость углерода в феррите, сос-тавляющая 0,02 %; при 20°С в феррите растворяется около 0,006 % С. Свойства феррита близки к свойствам чистого железа.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, обозначается Fеγ. При 1147°С аустенит может cодержать до 2,14 % С, при 727°С - 0,8 % С.
Цементит (Ц) - карбид железа Fе3С, в котором содер-жится 6,67 % С. Температура плавления цементита 1252 °С. Обладает высокой твердостью (около 800 НВ), легко царапает стекло. Цементит очень хрупок, имеет почти нулевую пластичность, сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. При нагреве цементит распадается.
Диаграмма состояния железо - цементит приведена в приложении на рис. 1. Линия АВСD - линия ликвидус, линия АНJЕСF - солидус. Точка А соответствует температуре плавления железа (1536°С), точка В - температуре плавления цементита (1252°С). Точки N и G соответствуют температурам полиморфного превращения железа.
В системе Fе - Fе3С на разных ярусах происходят эвтек-тическое и эвтектоидное превращения. По линии ЕСF при 1147°С происходит эвтектическое превращение: Жс → Ав + ЦF. Образующаяся звтектика называется ледебуритом. Ледебурит (Л) - механическая смесь аустенита и цементита, содержащая
4,3 % углерода.
По линии РSК при 727°С происходит эвтектоидное превращение: Аs → Фp + Цk, в результате которого из аустенита, содержащего 0,8 % С, образуется механическая смесь феррита и цементита. Эвтектоидное превращение происходит аналогично кристаллизации звтектики, но не из жидкости, а из твердого раствора. Образующийся эвтектоид называется перлитом. Перлит (П) - механическая смесь феррита и цементита, содер-жащая 0,8 % С. Перлит состоит из пластинок цементита в фер-ритной основе, на травленом шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название - перлит. Зерно перлита состоит из пара-лельных пластинок цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойства перлита. Аустенит, входящий в состав ледебурита, при 727°С также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже 727°С ледебурит (его называют низкотемпературным) состоит из механической смеси перлита и цементита.
На свойства сплавов оказывает большое влияние различие в размерах и расположении выделений цементита.
Первичный цементит (Ц1) выделяется при высоких температурах непосредственно из жидкой фазы. Его кристаллы - крупные, т. е. Ц1 дает наиболее грубые выделения. Цементит вторичный (Ц11) выделяется из аустенита при достаточно высоких температурах и высокой скорости диффузии. Поэтому Ц11 образуется в виде сетки по границам зерен. Цементит третичный (Ц 111) выделяется из феррита при сравнительно низких температурах. Ц111 выделяется обычно внутри зерен в виде дисперсных включений. Эти включения увеличивают прочность феррита.
Сплавы системы Fe – Fe3C по структурному признаку делят на две группы: углеродистые стали и белые чугуны.
Углеродистые стали содержат до 2,14 % С и заканчивают кристаллизацию образованием аустенита. Белые чугуны содержат более 2,14 % С и заканчивают кристаллизацию образованием эвтектики – ледебурита.
По структуре углеродистые стали бывают доэвтек-тоидные (Ф + П), эвтектоидные (П) и заэвтектоидные (П + Ц). Белые чугугуны также делятся на доэвтектические (А + Л), эвтектические (Л) и заэвтектические (Л + Ц).