Особливості залізовуглецевих сплавів

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

Особливості залізовуглецевих сплавів

Зміст

1. Діаграма стану залізо-вуглець

2. Сталі

3. Чавуни

4. Використана література

1. Діаграма стану залізо-вуглець

Найбільше поширення одержала діаграма залізо-вуглець, оскільки залізовуглецеві сплави складають основу металевих матеріалів, які використовує людина. Діаграма стану залізо-вуглець у графічній формі зображує фазовий склад сплаву в залежності від температури і концентрації вуглецю (рис. 1) і складається з трьох простих подвійних діаграм: подвійної діаграми з обмеженою розчинністю компонентів і перитектичним перетворенням при 1499^о С, подвійної діаграми з обмеженою розчинністю компонентів і евтектичним перетворенням при 1147^о С та подвійної діаграми з обмеженою розчинністю компонентів і евтектоїдним перетворенням при 727^о С. Діаграма являє собою тільки частину повної діаграми залізо-вуглець і обмежується 7% вуглецю, власне це діаграма залізо-хімічна сполука заліза з вуглецем, що називається цементитом (Fe₃ C) і містить 6,67% вуглецю. Цементит при низьких температурах слабо феромагнітний і губить магнітні властивості при 217^о С. Цементит досить твердий (>800НВ) і має практично нульову пластичність. Крім хімічної сполуки вуглець утворює з залізом обмежені тверді розчини: обмежений твердий розчин вуглецю в ?-залізі (ОЦК) називається феритом. Максимальний вміст вуглецю в фериті: для високотемпературної кристалічної гратки - 0,1% при 1499оС (т.H), а для низькотемпературної - 0,02% при 727^о С (т.Р). Обмежений твердий розчин вуглецю в ? -залізі (ГЦК) називається аустенітом. Максимальний вміст вуглецю в аустеніті-2,14% при температурі 1147^о С (т.Е).

На діаграмі вище лінії ліквідус (ABCD) знаходиться рідина (L), нижче лінії солідус (AHJECFD) тверда речовина, між солідусом і ліквідусом двохфазна твердо-рідка область. Три горизонтальні лінії на діаграмі відповідають температурам основних перетворень, що відбуваються з залізовуглецевими сплавами при охолодженні: перитектичному при 1499оС (лінія HJB), евтектичному при 1147^о С (лінія ECF) і евтектоїдному при 727оС (лінія PSK). Розглянемо більше детально основні перетворення і структури, що утворюються при охолодженні залізовуглецевих сплавів.

При охолодженні рідкого сплаву нижче температури, що характеризується кривою АВ утворюються перші кристали твердої речовини - твердого розчину вуглецю в ?-залізі, тобто фериту і область ABJH буде мати двохфазну структуру: рідини та фериту. Нижче лінії AH кристалізація закінчилась і структура сплаву буде складатись тільки з зерен фериту (область AHN). Якщо вміст вуглецю в сплаві від 0,1 до 0,5%, то в процесі охолодження при температурі 1499оС протікає перитектична реакція: рідина складу т.В взаємодіє з кристалами фериту, склад яких визначається т.H і утворюються кристали аустеніту складу т.J.

L_B +Ф_H A_J Таким чином після проходження перитектичного перетворення на діаграмі мають місце три області: двохфазна ферито-аустенітна (HJN), однофазна (JESGN) та двохфазна, що складається з рідини та зерен аустеніту (JBCE).

При охолодженні аустеніту (область NGSEJ) в результаті зниження температури стійкість гранецентрованої гратки зменшується та зростає ймовірність утворення об’ємноцентрованої гратки. Нижче температури, що характеризується лінією GS появляються перші кристали твердого розчину на основі об’ємноцентрованої кристалічної гратки, тобто ферит, утворюється двохфазна ферито-аустенітна область (GSP). Для сплавів з вмістом вуглецю більше 0,8% при проходженні в процесі охолодження лінії SE, в результаті зменшення розчинності надлишок вуглецю виділиться в вигляді хімічної сполуки – цементиту, який називають вторинним (Ц11), і утвориться зона двохфазної аустенітно-цементитної структури. При подальшому охолодженні для сплавів з вмістом вуглецю менше 0,02% при переході через температуру, що визначається лінією GP закінчується перебудова кристалічної гратки і отримуємо однофазну феритну структуру (область GSP). Сплави, що мають вміст вуглецю більше ніж 0,02% і менше ніж 0,8% зазнають евтектоїдного перетворення при температурі 727оС. Аустеніт складу т.S розпадається з утворенням суміші зерен фериту складу т.P та цементиту складу т.К.

Ферито-цементитна евтектоїдна суміш називається перлітом (П). Таким чином, нижче температури евтектоїдного перетворення будуть присутні зерна фериту, який виділився раніше в області GSP, та зерна перліту. Для сплавів з вмістом вуглецю менше 0,02% через зменшення розчинності вуглецю надлишок його буде виділятися в вигляді цементиту, який називають третинним (Ц111) і створиться двохфазна ферито-цементитна структура. В сплавах з вмістом вуглецю більше 0,8% також проходить аналогічна евтектоїдна реакція і отримуємо двохфазну перліто-цементитну структуру.

Для сплавів з вмістом вуглецю більше 2,14% при зниженні температури з рідини утворюються кристали аустеніту (область BCEJ), а для сплавів з вмістом – більше ніж 4,3% з рідини утворюються кристали цементиту, який називають первинним (Ц1) (область DCF). При температурі 1147оС проходить евтектичне перетворення. З рідини складу т.С одночасно виділяється суміш зерен аустеніту складу т.Е та цементиту складу т.F.

Евтектична механічна суміш аустеніту та цементиту називається ледебуритом. Таким чином, для доевте