Диаграмма состояния «Железо-цементит»

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

В системе Fe-Fe₃C различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы – феррит и аустенит, цементит.

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в a-железе. Рещетка ОЦК – объемно центрированный куб. Механические свойства: s_в=250 МПа; s₀₂=120МПа; d=50%; y=80%, НВ 800-1000 МПа.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в g железе. Решетка ГЦК – гранецентрированный куб. Механические свойства: s_в=500-800 МПа; d=50%; НВ 1600-2000 МПа.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe₃C. Содержание углерода 6,67%. Механические свойства НВ 8 000 МПа, d=0%.

Структурные составляющие:

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь двух фаз – феррита и цементита образующиеся из аустенита с содержаием углерода 0,8% при постоянной температуре Т=727⁰ С. Содержание углерода в перлите 0,8%. Механические свойства s_в=800 - 900 МПа; d=12%; НВ 2000 МПа.

Ледебурит (Л) – эвтектическая механическая смесь двух фаз аустенита и цементита, перлита и цементита при температуре ниже 727⁰ С. Образуется из жидкой фазы с содержанием углерода 4,3% при постоянной температуре Т=1 147⁰ С. При Т=727⁰ С состав ледебурита меняются вследствие эвтектоидного превращения.

Диаграмма состояния железо-цементит

Чугуны

Чугуны – сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 %.Различают белые и серые чугуны.

Белые чугуны. Содержат углерод в «связанном» состоянии, виде цементита; особенность – высокая твёрдость (НВ 450-600), низкая пластичность; трудно обрабатываются резанием; не маркируются. Делятся на:

– довтектические (2,14 – 4,3 % углерода), структура – перлит+цементит+ледебурит;

– эвтектические (4,3 % углерода); структура – ледебурит;

– заэвтектические (более 4,3% углерода); структура – ледебурит+первичный цементит.

Применение имеют только доэвтектические чугуны: шары в шаровых мельницах для размола минералов, рабочие колеса и корпуса насосов для перекачки пульпы и т. п.

Серые чугуны. Содержат углерод, в основном, в виде графита, который располагается в «матрице» (металлической основе): ферритной, феррито-перлитной, перлитной.

По форме графитовых включений делятся на:

– серые (обычные): пластинчатый графит (Маркировка: буквы зашифровывают название: С – серый, Ч – чугун; цифры указывают предел прочности при испытании на растяжение (в кгс/мм², не менее). Например: чугун СЧ25 – серый чугун, предел прочности при растяжении не менее 25кгс/мм² (или – 250 МПа). Отличаются низкой прочностью и пластичностью, гасят вибрации. Применяются для изготовления литых корпусных деталей металлорежущих станков, двигателей внутреннего сгорания и др.

– ковкие: хлопьевидный графит (Маркировка: буквы указывают название: К – ковкий, Ч – чугун; цифры, следующие за буквами, указывают величину предела прочности при растяжении (кгс/мм², не менее); вторая группа цифр указывает на величину относительного удлинения при испытании на растяжение в %. Например: чугун КЧ37-12 – ковкий чугун с пределом прочности при растяжении не менее 37 кгс/мм² (или 370 МПа) и относительным удлинением не менее 12 %.). получают отжигом белого чугуна. Отличаются высокой пластичностью. Применяются для изготовления в основном тонкостенных деталей в сельскохозяйственном машиностроении, автостроении, деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках: картеров редукторов, ступиц, скоб, фланцев, муфт, гаек и др.

– высокопрочные: шаровидный графит (Маркировка: буквы указывают название: В – высокопрочный, Ч – чугун; цифры указывают величину предела прочности при растяжении (кгс/мм², не менее). Наприме р: чугун ВЧ45 – высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении не менее 45 кгс/мм² (или 450 МПа). Получают модифицированием серого обычного чугуна. Отличаются высокой прочностью. Применяются для изготовления тяжелонагруженных деталей: траверсов прессов, прокатных валиков, коленчатых валов двигателей, дизелей, крышек и корпусов трансмиссии, корпусов насосов и вентилей и др.