1.6. Діаграма стану залізовуглецевих сплавів

Дослідження Д. К. Чернова й інших учених дозволили побудувати сучасну діаграму стану залізовуглецевих сплавів (мал. 1.7), що наочно показує залежність структури від змісту вуглецю і температури сплаву і дозволяє розкрити процеси утворення структур.

За допомогою діаграми можна простежити процеси, що відбуваються в системі сплавів залізо - вуглець.

При охолодженні сталей і білих чавунів вуглець у чистому виді практично не виділяється, а виділяється карбід заліза Fе3С - цементит, що містить 6,67 % вуглецю. У зв'язку з цим основні компоненти сплавів на діаграмі стану наступні: на осі абсцис відкладається зміст вуглецю в сплаві від 0 до 6,67 %, на осі ординат - температура, причому ліва крайня ордината відповідає чистому залізу, а крайня права - цементиту.

Рис. 1.7 – Діаграма залізовуглецевих сплавів

З діаграми видно, що вище лінії початку затвердіння (АС) залізовуглецеві сплави, що містять до 6,67 % З, являють собою рідкий розчин.

При охолодженні сплавів по лінії АС з рідкого розчину починають випадати кристали твердого розчину вуглецю в g-залозі - аустеніту, а по лінії СD - кристали цементиту. Усі сплави закінчують первинну кристалізацію по лінії кінця затвердіння (АЕС).

Таким чином, в області АСІ мається суміш двох фаз: рідкого розчину й аустеніту, а в області СDF - суміш рідкого розчину і цементиту.

Крапка З на діаграмі відповідає змісту вуглецю 4,3% і температурі 11300 В цій крапці відбувається одночасна кристалізація аустеніту і цементиту, дрібна по розмірах включень суміш яких є эвтектикой. Эвтектический сплав має саму низьку температуру затвердіння, причому кристалізація цього сплаву, як видно з діаграми. починається і закінчується при постійній температурі.

У системі залізовуглецевих сплавів структура эвтектики називається ледебуритом.

Нижче лінії АЕС усі сплави знаходяться у твердому стані. Однак при подальшому їхньому охолодженні вони по лініях GSE і RSK перетерплюють зміни.

Нижче лінії АE, в області діаграми АЕSG, знаходиться аустеніт, що буває стійким тільки при високих температурах. Охолодження сплаву веде до того, що аустеніт починає розпадатися, виділяючи по лінії GS твердий розчин вуглецю в a-залозі - феррит, а по лінії SЕ - цементит.

Крапка S на діаграмі відповідає змісту вуглецю в аустеніті 0,8% і температурі 7230. При подальшому охолодженні сплавів аустеніт розпадається й одночасно кристалізується тонка механічна суміш феррита і цементиту – эвтектоид, що у системі залізовуглецевих сплавів називається перлітом.

Эвтектоид на відміну від эвтектики утвориться не з рідкого, а з твердого розчину. Тому що утворення перліту завжди відбувається при температурі 7230, то лінія РSК називається лінією перлітного перетворення.

Сплави, що містять менш 0,8% вуглецю, прийнято називати доэвтектоидными, а 0,8% - эвтектоиднами і більш 0,8% вуглецю -заэвтектоидными.

Розпад аустенига в доэвтектоидных сплавах відбувається в такий спосіб. При охолодженні сплаву до температур па лінії GS по границях зерен аустеніту починає виділятися феррит, кількість і розміри включень якого поступово зростають. Феррит здатний розчиняти вуглець у незначній кількості. Тому при виділенні феррита кількість вуглецю в аустеніті нижче лінії GS збільшується і при температурі 7230 досягає 0,8%.

У крапці S крива GS перетинає криву граничної розчинності вуглецю в аустеніті SЕ, тому подальше насичення аустеніту вуглецем зупиняється. У процесі наступного охолодження сплаву аустеніт, що містить 0,8% З на лінії РS розпадається: g-залізо переходить у a-залізо, а вуглець, що виділяється з кристалічних ґрат g-заліза, з'єднуючись із залізом, утворить частки цементиту. У підсумку продуктом розпаду аустеніту буде механічна суміш феррита і цементиту - перліт. Отже, механічна суміш феррита і перліту - ферритоперлитовая структура, що при подальшому охолодженні сплаву вже не міняється.

Кількість перліту в структурі сплавів зростає від 0 до 100% при підвищенні змісту вуглецю від 0 до 0,8%.

Сплави, що містять більш 0,8% З, при охолодженні перетерплюють перевищення по лінії SЕ. При зниженні температури розчинність вуглецю в аустеніті зменшується, тому по лінії SE з аустеніту починає виділятися вторинний цементит у виді сітки навколо зерна аустеніту. При температурі 7230 зміст вуглецю в аустеніті досягає 0,8%. Потім по лінії SK відбувається розпад аустеніту й утворення перліту. У результаті при нормальному охолодженні сплавів, що містять від 0,8 до 2% З, виходить перлито-цементитовая структура.

Таким чином, залізовуглецеві сплави, що містять від 0 до 25 вуглецю, можуть мати наступні структури:

Ферритовую .......... при змісті вуглеців у незначних розмірах

Феррито-перлитовую .......... до 0,8%

Перлітову .......... 0,8%

Перлито-цементитовую .......... від 0,8 до 2%.

Структурні зміни в залізовуглецевих сплавах, що містять вуглецю від 2 до 6,67%, тобто в чавунах, протікають інакше.

При охолодженні сплавів, що містять від 2 до 4,3% З, у них відбуваються наступні процеси. На лінії АS при охолодженні сплаву виділяються кристали аустеніту, що містять вуглецю в який змінюється по лінії АS у межах до 2%. Зміст вуглецю в рідкому розчині зростає по лінії АС і при температурі 11300 досягає эвтектического складу (З = 4,3%), що, затвердевая при цій температурі, утворить дрібну механічну суміш аустеніту і цементиту - ледебурит.

Отже, на лінії ЕS затверділі сплави будуть складатися з аустеніту і ледебуриту. При подальшому охолодженні їх до температури 7230 із кристалів аустеніту внаслідок зменшення розчинності в ньому вуглецю, виділяється вторинний цементит. Тому нижче лінії ЕS структура сплавів буде складатися з аустеніту, вторинного цементиту і ледебуриту. При цьому концентрація вуглецю в аустеніті 7230 знижується до 0,8%.

Сплави, що містять від 4,3 до 6,67% З, нижче лінії СD виділяють з рідкого розчину первинний цементит, унаслідок чого концентрація вуглецю в рідкому розчині зменшується і при температурі 11300 досягає эвтектической. Рідкий розчин, що містить 4,3% З, при температурі 11300 затвердевает, утворити ледебурит.

Таким чином, нижче лінії СF залізовуглецеві сплави складаються з первинного цементиту і ледебуриту. З підвищенням змісту вуглецю кількість цементиту в структурі зростає, а при концентрації вуглецю, рівної 6,67%, сплав складається з цементиту.

Чавуни, що містять від 2 до 4,3% вуглецю, називаються доэвтектическими, 4,3% - эвтектическими, а більш 4,3% вуглецю - заэвтектическими.

При повільному охолодженні розплавленого чавуна і підвищеному змісті кремнію в сплаві цементит розпадається. Продуктом розпаду цементиту є феррит і вуглець у виді графіту. Наявність графіту додає зламу чавуна сірий колір. Тому чавуни, що мають у структурі графить, називаються сірими.

Розпад цементиту може бути повним і часткової. У залежності від ступеня розпаду цементиту розрізняють наступні види сірих чавунів:

Ферритовый чавун, коли весь цементит розпався. Структура такого чавуна складається з феррита і включень графіту.

Феррито-перлитовый чавун, коли частина цементиту, що входить до складу перліту, збереглася. Такий чавун за структурою являє собою доэвтектоидную сталь, пронизану включеннями графіту.

Перлітовий чавун, коли цементит перліту цілком зберігся. Такий чавун має металеву основу эвтектоидной сталі і включення графіту.

Перлито-цементитовый чавун, коли вторинний цементит, що виділився з аустеніту при охолодженні чавуна, чи цілком частково зберігся і залишився цементит перліту. Цей чавун має структуру за эвтектоидной сталі і включення графіту.

Наявність графітових включень у чавуні робить його малопластичным і тендітним, погано опірним ударним впливам.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я