tihonova (523116), страница 14
Текст из файла (страница 14)
10.9 компоненты испытывают полиморфные превращения, причемнизкотемпературная модификация дает ограниченные твердые растворы. При температуре,соответствующей горизонтальной линии КСN, происходит распад -твердого раствора сПревращение происходит аналогичноодновременным выделением и фаз:кристаллизации эвтектики, но не из жидкости, а из твердого раствора. Это превращение,происходящее в твердом состоянии, называют эвтектоидным, а полученную механическуюсмесь - эвтектоидом.Характер образующихся фаз определяет свойства сплава и обусловлен видом диаграммысостояния.
Между свойствами сплавов и диаграммами состояния существует определеннаясвязь (рис. 10.10).В случае образования механических смесей свойства сплавов (твердость,электросопротивление и др.) меняются по линейному закону (аддитивно).При образовании твердых растворов свойства резко отличаются от свойств компонентов.Свойства меняются по криволинейному закону с максимумом и минимумом.Диаграммы с химическим соединением дают характерный перелом (сингулярную точку) накривой свойств.Существует также связь между видом диаграммы и технологическими свойствами (рис.10.11).Сплавы эвтектического состава имеют хорошие литейные свойства: низкую температурузатвердевания, хорошую жидкотекучесть и дают усадку в виде концентрированнойусадочной раковины.Обработке давлением лучше поддаются однофазные сплавы - чистые металлы илиоднородные твердые растворы.
Пластичность падает при появлении в структуре эвтектики.Обрабатываемость режущим инструментом облегчается при применении структурнонеоднородных сплавов.Диаграмма состояния системы железо-углерод.Сплавы на основе железа, в первую очередь железоуглеродистые сплавы - стали и чугуны,являются важнейшими материалами в технике. Диаграмма состояния железо-углеродявляется основой для выбора режимов термических процессов обработки сталей и чугунов.Важнейшими работами по построению диаграммы железо-углерод являются работыФ.Осмонда (Франция), Р.Аустена (Англия), А.А.Байкова, Н.Т.Гудцова (Россия).
Первыйвариант диаграммы был построен в 1879 г. Маннесманом. Более содержательной, хотя неполной, была диаграмма, построенная Аустеном в конце ХIX века. К началу 20-х годов ХХвека диаграмма приобрела вид, близкий к современному. Уточнение диаграммыпродолжается и в настоящее время.Железо с углеродом образует ряд химических соединений: Fe3C, FeС - карбидов. Как былоуказано ранее при рассмотрении диаграмм с химическими соединениями, последние могутрассматриваться как самостоятельные компоненты. Так поступают и при рассмотрениидиаграммы Fe-С, где один компонент - железо, другой - химическое соединение Fe3C(цементит) с содержанием углерода 6,67%.Таким образом, диаграмма железо-углерод охватывает ограниченный участок сплавов сконцентрацией углерода от 0 до 6,67%.
Практически этого достаточно, т.к. в существующихсплавах железа с углеродом содержание углерода не превышает этого значения.Компоненты и фазы диаграммы.Железо - серебристо-светлый металл, принадлежащий к VIII группе периодической системы,атомная масса 55,85.
Плотность 7,86 г/см.куб. Температура плавления 1539 ±5 °С. Наиболеечистое лабораторное железо содержит не болеепримесей, техническое железо - около0,1-0,15% примесей. Прочность технического железа невеликапри довольновысокой пластичностиЖелезо в твердом состоянии может находиться в двух полиморфных модификациях:объемноцентрированного и гранецентрированного куба. В интервале температур 910-1392 °Сменьшую свободную энергию и большую стабильность имеет -железо с кристаллическойрешеткой ГЦК. Ниже 910 и выше 1392 °С устойчиво-железо с ОЦК-решеткой.Высокотемпературную модификацию -железо с кристаллической решеткой ГЦК. Ниже910 и выше 1392 °С устойчиво -железа иногда называют железом, хотя оно не представляетсобой новой кристаллической формы.Кривая охлаждения железа фиксирует два полиморфных и одно магнитное превращение (рис.10.12).
При магнитном превращении температурная остановка при 768 °С связана не сперестройкой кристаллической решетки и перекристаллизацией, а с внутриатомнымиизменениями внешних и внутренних электронных оболочек, которые и приводят кизменениям магнитных свойств.Углерод принадлежит к IV группе периодической системы. Углерод встречается в природе вдвух модификациях: в форме алмаза и в форме графита. Атомная масса углерода 12.Плотность графита 2,25 г/см.куб., температура плавления 3500 °С. Графит имеетгексагональную слоистую кристаллическую решетку.
Графит - мягкий материал и обладаетнизкой прочностью. Прочность графита с увеличением температуры аномально растет. При2500 °С графит прочнее всех тугоплавких металлов.Углерод образует с железом твердые растворы внедрения. Растворимость углерода в железезависит от его кристаллической формы.Диаметр поры кристаллической решетки ОЦК значительно меньше, чем решетки ГЦК.Поэтомужелезо способно растворять углерод в малом количестве, а растворимостьуглерода в -железе существенно больше.В системе железо-углерод возможно присутствие следующих фаз: жидкой фазы, твердыхрастворов феррита и аустенита, химического соединения цементита и графита.Феррит (Ф) является твердым раствором внедрения углерода в железе, обозначаетсяПри 727 °С наблюдается максимальная растворимость углерода в феррите - 0,02%.
При +20°С в феррите растворяется около 0,006% С. Свойства феррита близки к свойствам чистогожелеза.ПриАустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в -железе, обозначается1147 °С аустенит может содержать 2,14% С, при 727 °С - 0,8% С.И в феррите, и в аустените могут растворяться многие легирующие элементы, образуятвердые растворы замещения и резко изменяя их свойства. Легирование может также менятьтемпературные границы существования этихз фаз.Цементит (Ц) - карбид железа Fe3C.
Содержит 6,67% С. Температура плавления 1252 °С.Обладает очень высокой твердостью (около 800 НВ), легко царапает стекло. Цементит оченьхрупок, имеет почти нулевую пластичность, имеет сложную ромбическую решетку с плотнойупаковкой атомов. При нагреве цементит распадается.Железо-цементит - метастабильная система. Цементит термодинамически менее устойчиваяфаза по сравнению с графитом, но кинетически образование цементита более вероятно.Поэтому диаграмму состояния железо-цементит называют метастабильной диаграммой, адиаграмму железо-графит - стабильной. Диаграмма состояния железо-цементит приведена нарис. 10.13.На диаграмме Fe-Fe3C имеется 8 однофазных участков: на левой оси ординат отрезок ANжелезу, отрезок NG - -железу, отрезок ниже точки G -железу.
Праваясоответствуетордината DFKL соответствует цементиту (Ц). Область выше линии ликвидус АВСDсоответствует жидкому состоянию Ж. В области АНN твердый раствор углерода в железе феррит (Ф), иногда обозначают -твердый раствор. В области NJESG твердый растворуглерода в -железе - аустенит (А). В области GРО твердый раствор углерода в -железе феррит (Ф).При 1499 °Симеет место перитектическое превращение.- эвтектическое превращение. В результатеПри 1147 °Сэвтектического превращения образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита, котораяназывается ледебуритом (Л).имеет место эвтектоидное превращение.
ВПри 727 °Срезультате этого превращения образуется эвтектоидная смесь феррита и цементита,называемая перлитом (П).Линия АВСD является линией ликвидус и по этой линии изменяется состав жидкой фазы прикристаллизации сплавов. Линия AHJECF - линия солидус, в соответствии с которойизменяется состав кристаллизующейся фазы. Линии НN и JN показывают температурыначала и конца перекристаллизации феррита (Ф) в аустенит (А). В соответствии с этимилиниями изменяется состав феррита (НN) и аустенита (JN) при изменении температурысплава. Линия GS характеризует температуру начала, линия GP - конца превращенияаустенита в феррит.
В соответствии с этими линиями изменяется состав аустенита (GS) иферрита (GP) при изменении температуры сплава. Линии JE и ЕS характеризуют предельнуюрастворимость углерода в аустените в зависимости от температуры. Как уже отмечалось, притемпературах линий HJB происходит перитектическое, ЕСF - эвтектическое, РSK эвтектоидное превращения.Схемы кривых охлаждения и фазовых состояний для для типовых сплавов приведены на рис.10.14.У сплавов с низким содержанием углерода (С<0,05%) при охлаждении ниже 727 °С пограницам ферритных зерен выделяется третичный цементит ЦIII, т.к. растворимость углеродав феррите понижается по линии PQ.Сплав I. С~0,5%.
Доэвтектоидный сплав. Кристаллизация начинается при температуре точки1 выделением из жидкости кристаллов аустенита. Кристаллизация заканчивается притемпературе точки 2. От точки 2 до точки 3 охлаждается аустенит. При температуре 3 изаустенита начинает выделяться феррит, при этом состав аустенита изменяется по линии GS,феррита - GP. Все доэвтектоидные сплавы состава 0,02<С<0,8 имеют структуру, состоящуюиз феррита и перлита, причем количество феррита и перлита будет зависеть от составасплава.Сплав II. С=0,8%. Эвтектоидный сплав. Кристаллизация жидкости происходит в интервалетемператур 1-2. Кристаллизуется аустенит, его состав меняется по линии солидус JE. Притемпературе 3 происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит:(перлит).
Перлит состоит из чередующихся пластин ферритных и цементитных кристаллов(что видно при большом увеличении). При определенной обработке пластинчатый перлитможет быть превращен в зернистый.Сплав III. С~1,2%. Заэвтектоидный сплав. Типичная микроструктура заэвтектоидных сплавовсостоит из перлита и вторичного цементита вокруг кристаллов перлита.Сплав V. С=4,3%. Это эвтектический сплав. Структура состоит из ледебурита.Сплав IV.
4,3>С>2,14% - доэвтектический сплав. При температуре 727 °С аустенитпревращается в перлит, структура сплава состоит из перлита, ледебурита и вторичногоцементита П+Л+ЦII.Сплав VI. 6,7>С>4,3%. Заэвтектический сплав. В интервале 1-2 у этого сплавакристаллизуется цементит. Состав жидкой фазы изменяется по линии DC и при 1147 °С(точка 2) жидкость имеет эвтектический состав и кристаллизуется в ледебурит. При 727 °Саустенит ледебурита превращается в перлит. Окончательная структура сплава: цементит иледебурит Ц+Л. Фазовый состав сплава Ф+Ц.Железоуглеродистые сплавы можно разделить на две группы: 1) сплавы с содержаниемуглерода до 2,14% не имеют в структуре эвтектики-ледебурита, 2) у сплавов с содержаниемуглерода выше 2,14% в структуре имеется ледебуритная структурная составляющая.Отсутствие в структуре сплавов с С<2,14% хрупкой эвтектики делает сплавы ковкими ипластичными, что является характерной особенностью сталей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
