materialovedenie_kurs_lektsiy_ (804370), страница 4
Текст из файла (страница 4)
раздел 2.1.). С углеродом железо образуетхимическое соединение и твердые растворы.Ферритом называется твердый раствор углерода в а- железе. Содержаниеуглерода в феррите очень невелико — максимальное 0,02% при температуре 727°С.Благодаря столь малому содержанию углерода свойства феррита совпадают сосвойствами железа (низкая твердость и высокая пластичность). Твердый растворуглерода в высокотемпературной модификации Feα (т.е. в Feδ) часто называют δферритом или высокотемпературным ферритом.Рис.
13 ФерритАустенит — это твердый раствор углерода в γ- железе. Максимальноесодержание углерода в аустените составляет 2,14% (при температуре 1147°С).Имеет твердость НВ 220.Рис. 14 АустенитЦементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбиджелеза) Fe3C. В нем содержится 6,67 % углерода (по массе).
Имеет сложнуюромбическую кристаллическую решетку. Характеризуется очень высокойтвердостью (НВ 800), крайне низкой пластичностью и хрупкостью.Рис. 15 Пластинчатый перлитРис. 16 Зернистый перлитПерлит — это механическая смесь феррита с цементитом. Содержит 0,8%углерода, образуется из аустенита при температуре 727°С. Имеет пластинчатоестроение, т.е. его зерна состоят из чередующихся пластинок феррита и цементита.Перлит является эвтектоидом.Эвтектоид — это механическая смесь двух фаз, образующаяся из твердогораствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).Ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита сцементитом.
Содержит 4,3% углерода, образуется из жидкого сплава притемпературе 1147°С. При температуре 727°С аустенит, входящий в составледебурита превращается в перлит и ниже этой температуры ледебуритпредставляет собой механическую смесь перлита с цементитом.Фаза цементита имеет пять структурных форм: цементит первичный,образующийся из жидкого сплава; цементит вторичный, образующийся изаустенита; цементит третичный, образующийся из феррита; цементит ледебурита;цементит перлита.Диаграмма Fe-Fe3C. На рис. 17 приведена диаграмма состояния сплавов железа сцементитом.
На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углеродаот 0 до 6,67%. Левая вертикальная ось соответствует 100% содержанию железа. Наней отложены температура плавления железа и температуры его полиморфныхпревращений. Правая вертикальная ось (6,67% углерода) соответствует 100%содержанию цементита. Буквенное обозначение точек диаграммы принятосогласно международному стандарту и изменению не подлежит.ТочкаТемпература принагреве, °СПредельная концентрацияуглерода, %Характеристика точкиА15390Температура плавления железаВ14990,51Состав жидкой фазы приперитектической реакцииС11474,3Состав эвтектики - ледебуритаD12606,67Температура плавления цементитаЕ11472,14Предельная растворимостьуглеродав γ- железеJ14990,16Состав аустенита приперитектической реакцииH14990,1Состав феррита приперитектической реакцииN13990Превращение δ - железа в γ железоG9110Превращение α - железа в γ железоS7270,8P7270,025Предельная растворимость углеродав α - железеQ200,01Минимальная растворимостьуглерода в α - железеСостав эвтектоида - перлитРис.
17 Диаграмма состояния железо-углеродЖелезоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания углерода делятсяна техническое железо (до 0,02% С), сталь (от 0,02 до 2,14 % С) и чугун (от 2,14 до6,67% С). Сталь, содержащая до 0,8% С называется доэвтектоидной, 0,8% С —эвтектоидной и свыше 0,8% С — заэвтектоидной. Чугун, содержащий от 2,14 до4,3% С называется доэвтектическим, ровно 4,3% — эвтектическим и от 4,3 до6,67% С — заэвтектическим.Структура техническою железа представляет собой зерна феррита илиферрит с небольшим количеством третичного цементита. Обязательнойструктурной составляющей стали является перлит. Структура доэвтектоиднойстали, состоит из равномерно распределенных зерен феррита и перлита.Эвтектоидная сталь состоит только из перлита.
Структура заэвтектоидной сталипредставляет собой зерна перлита, окруженные сплошной или прерывистой сеткойвторичного цементита. Для чугуна характерно наличие ледебурита в структуре.Структура доэвтектического чугуна состоит из перлита, вторичного цементита иледебурита, эвтектическою — из ледебурита и заэвтектического — из ледебурита ипервичного цементита.Значение диаграммы железо - цементит состоит в том, что она позволяетобъяснить зависимость структуры и, соответственно, свойств сталей и чугунов отсодержания углерода и определить режимы термической обработки для изменениясвойств сталей.3.2 СталиСталью называется сплав железа с углеродом, в котором углеродасодержится не более 2,14%. Это теоретическое определение. На практике в сталях,как правило, не содержится углерода более 1,5%.Влияние углерода и примесей на свойства стали.
Углерод существенновлияет на свойства стали даже при незначительном изменении ею содержания. Встали имеются две фазы — феррит и цементит (частично в виде перлита).Количество цементита возрастает прямо пропорционально содержанию углерода.Как уже говорилось, феррит характеризуется высокой пластичностью и низкойтвердостью, а цементит, напротив, очень низкой пластичностью и высокойтвердостью. Поэтому с повышением содержания углерода до 1,2% снижаютсяпластичность и вязкость стали и повышаются твердость и прочность.Повышение содержания углерода влияет и на технологические свойства стали.Ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием ухудшаются, но литейныесвойства улучшаются.Кроме железа и углерода в стали всегда присутствуют постоянные примеси.Наличие примесей объясняется технологическими особенностями производствастали (марганец, кремний) и невозможностью полного удаления примесей,попавших в сталь из железной руды (сера, фосфор, кислород, водород, азот).Возможны также случайные примеси (хром, никель, медь и др.).Марганец иудаления вредныхвредные сернистыепревышает 0,8%, аупругость стали.кремний вводят в любую сталь для раскисления, т.е.
дляпримесей оксида железа FeO. Марганец также устраняетсоединения железа. При этом содержание марганца обычно некремния — 0,4%. Марганец повышает прочность, а кремнийФосфор растворяется в феррите, сильно искажает кристаллическую решетку,снижая при этом пластичность и вязкость, но повышая прочность. Вредное влияниефосфора заключается в том, что он сильно повышает температуру перехода стали вхрупкое состояние, т.е. вызывает ее хладноломкость.
Вредность фосфораусугубляется тем, что он может распределяться в стали неравномерно. Поэтомусодержания фосфора в стали офаничивается величиной 0,045%.Сера также является вредной примесью. Она нерастворима в железе иобразует с ним сульфид железа FeS, который образует с железом легкоплавкуюэвтектику. Эвтектика располагается по границам зерен и делает сталь хрупкой привысоких температурах.
Это явление называется красноломкостью. Количествосеры в стали ограничивается 0,05%.Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах.Они являются вредными примесями, ухудшающими свойства стали.Классификация сталей. По химическому составу стали могут бытьуглеродистыми, содержащими железо, углерод и примеси и легированными,содержащими дополнительно легирующие элементы, введенные в сталь с цельюизменения ее свойств.По содержанию углерода стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25% С),среднеуглеродистые (0,25 — 0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С).По назначению различают стали конструкционные, идущие на изготовлениедеталей машин, конструкций и сооружений, инструментальные, идущие наизготовление различного инструмента, а также стали специального назначения сособыми свойствами: нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, сособыми электрическими и магнитными свойствами и др.По показателям качества стали классифицируются на обыкновенногокачества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.Качество стали характеризуется совокупностью свойств, определяемых процессомпроизводства, химическим составом, содержанием газов и вредных примесей (серыи фосфора).
В соответствии с ГОСТом стали обыкновенного качества должнысодержать не более 0,045% Р и 0,05% S, качественные — не более 0,035% Р и0,04% S, высококачественные — не более 0,025% Р и 0,025% S иособовысококачественные — не более 0,025% Р и 0,015% S. Углеродистыеконструкционные стали могут быть только обыкновенного качества икачественными.Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимостиназначения и гарантируемых свойств делятся натри группы: А. Б и В.отСтали группы А имеют гарантируемые механические свойства. Онииспользуются в состоянии поставки без горячей обработки или сварки. Эти сталимаркируютсябуквамиСт и цифрами, обозначающими порядковый номер марки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
