ЛЕКЦІЇ Матеріалознавство / ЛЕКЦІЯ Тема 6
.doc
Тема 6
Залізовуглецеві сплави (2 год)
План
1. Компоненти, фази і структурні складові у сплавах заліза з вуглецем.
2. Діаграма стану залізо-цементит. Області, лінії, критичні точки.
3. Структурні перетворення у сплавах Fe –C при охолодженні.
4. Класифікація сплавів Fe –C за рівноважною структурою і вмістом вуглецю
– 1–
Компонентами сплавів є поліморфні модифікації заліза: -Fe (1539 – 1392 оС); -Fe (1392 – 911 оС); -Fe(нижче 911 оС); вуглець. З модифікацій заліза і вуглецю утворюються тверді розчини впровадження:
1) - ферит з -Fe (макс вміст С 0,1 %);
2) аустеніт з -Fe (макс вміст С 2,14 %);
3) - феррит із -Fe (макс вміст С 0,025%).
Фази: рідкий сплав, ферит, аустеніт і цементит
Рідкий сплав (розчин) – однорідна рідина із заліза та вуглецю. існує як окрема фаза вище лінії ліквідусу, між лініями ліквідус і солідус РС у рівновазі з кристалічною фазою (феритом, аустенітом, цементитом). У твердому стані (нижче солідус)— ферит, аустеніт, цементит.
Ферит — твердий розчин С в α-залізі. Розрізняють низькотемпературний α-ферит з розчинністю 0,02 % і високотемпературний δ-ферит з межовою розчинністю 0,1 %. Ферит НВ 80-100, пластичний, має магнітні властивості, проводить тепло та електрику, решітка ОЦК.
Аустеніт — твердий розчин С в γ -залізі, ГЦК. Межова розчинність С в γ-залізі 2,14%. Аустеніт м'який (НВ 200), магнітних властивостей не має.
Цементит — хімічна сполука заліза з вуглецем — карбід заліза Fe3C з вмістом С 6,67 %. Цементит твердий НВ 800, магнітні властивості виражені слабко, погано проводить електричний струм і теплоту, кристалічна решітка складна.
Структурними складовими сплавів є механічні суміші компонентів і фаз:
- перліт – (евтектоїд) фериту і цементиту, 0,8 % С (т. S);
- ледебурит – (евтектика) аустеніту і цементиту в інтервалі 1147 – 727 оС або перліту і цементиту нижче 727 оС, 4,3 % С (т. С).
–2–
Діаграма стану призначена для: а) визначення температури фазових перетворень (плавлення, кристалізації, поліморфних, розчинності фаз);
б) визначення температурних інтервалів термічної обробки та обробки металів тиском.
Стан сплавів буває агрегатний (рідкий, твердий) і фазовий (чисті метали, твердий розчин, хімічна сполука, механічна суміш фаз).
Області діаграми Fe – Fe3C (штриховими Fe – С): однофазні, двофазні, комбіновані.
Однофазні:
1) вище ABCD (ліквідус) – рідина (L);
2) AHN – - фериту;
-
NJESG – аустеніту;
-
GPQ – - фериту;
-
LD цементиту Fe3C.
Двофазні:
-
перліт;
-
ледебурит.
Комбіновані – поєднання одно-і двофазних.
Лінії діаграми первинної кристалізації:
-
частини ліквідуса:
а) АВ –початок кристалізації - фериту;
б) ВС – початок кристалізації аустеніту;
в) CD –початок кристалізації цементиту.
2) частини солідуса:
а)АН – кінець кристалізації - фериту;
б) JE – кінець кристалізації аустеніту;
в) HJB – перитектичне перетворення суть якого в тому, що -ферит, який утворився до цієї температури, реагує з рідким сплавом, що залишився, утворюючи аустеніт:
Рв + FeH 1499 FeJ або РВ + ФH 1499 A аусJ;
г) ECF – евтектичне перетворення суть якого в тому, що рідка фаза, яка містить 4,3%С, кристалізується з утворенням механічної суміші кристалів аустеніту, містить 2,14%С, і цементиту:
Рс 1147 Е + Fe3CF або Рс 1147 АЕ + ЦI.
Інші лінії відповідають перетворенням у твердому стані:
1) NH і NJ (А4 ) – початку і кінця поліморфного перетворення заліза
Fe Fe;
2) GS (А3) і GP – початку і кінця поліморфного перетворення заліза
Fe Fe;
3) ES(Аст) – виділення вторинного цементиту з аустеніту (Fe3CII) за рахунок зміни розчинності вуглецю в -залізі –лінія сольвіус;
4) PQ –виділення третинного цементиту (Fe3CIII) за рахунок зміни розчинності вуглецю в - залізі;
5) PSK (А1) – евтектичне перетворення у всіх сплавах незалежно від вмісту вуглецю суть якого у перетворенні аустеніту, що містить 0,8%С, на суміш двох інших твердих фаз: -фериту з вмістом 0,02%С і цементиту:
FeS 727 FeP + Fe3Ck або Ауст ФР + ЦII;
-
KD існування хімічного з’єднання цементит Fe3C;
-
MO (А2)– магнітне перетворення фериту (втрата магнітних властивостей).
Фізична сутність точок:
-
A – температура плавлення і кристалізації чистого заліза;
-
B – перитектична;
-
C – евтектична;
-
D – температура плавлення і кристалізації цементиту;
-
N і G - температури поліморфних перетворень чистого заліза;
-
H – гранична розчинність вуглецю в - залізі;
-
E – гранична розчинність вуглецю в - залізі;
-
S – евтектоїдна;
-
P і Q – гранична розчинність вуглецю в - залізі;
-
M – точка Кюрі.
А1, А2, А3, А4 – умовні позначення фазових перетворень.
– 3–
При 1147 °С протікає евтектична реакція Рс→АЕ+ЦF з утворенням евтектичної суміші аустеніту і цементиту – горизонталь ECF (ледебурит). Реакція проходить у всіх сплавах системи, що містить вуглецю понад 2,14 %.
При 727 °С протікає евтектоїдна реакція As→Фр + Цк , у результаті якої утворюється перліт П(суміш фериту і цементиту) — горизонталь PSK. Евтектоїдного перетворення зазнає й аустеніт, що входить до складу ледебуриту. нижче 727°С ледебурит механічна суміш перліту і цементиту, називають ледебуритом перетворення.
Вторинна кристалізація пов'язана з поліморфним перетворенням заліза і змінною розчинністю вуглецю в - та -залізі.
Групи сплавів:
1) до 2,14%С після первинної кристалізації отримують аустенітну структуру;
2) понад 2,14%С після первинної кристалізації отримують ледебуритну структуру з надлишковими аустенітом чи цементитом або без них.
Залізовуглецеві сплави до 2,14%С сталі, понад 2,14%С – чавуни.
–4–
За рівноважною структурою вуглецеві сталі поділяються на групи:
-
доевтектоїдні – 0,02 до 0,8%С, структура ферит і перліт;
-
евтектоїдні – 0,8%С, структура перліт;
-
заевтектоїдні – понад 0,8 до 2,14%С, структура перліт і цементит вторинний.
до 0,02%С технічне залізо структура ферит.
Рис.2. Мікроструктури доевтектоїдної (а), евтектоїдної (б), заевтектоїдної (в) сталей і технічного заліза (г).
За хімічним складом (вмістом С) вуглецеві сталі: низьковуглецеві (0,3%С), середньовуглецеві (0,3…0,6%С) і високовуглецеві (0,6%С).