2014-02-24
394
НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ)
ТЕМА 2.1. СТАЛИ И ЧУГУНЫ (ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
2.1.1. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ «ЖЕЛЕЗО–ЦЕМЕНТИТ». ФОРМИ-
При сплавлении железа с углеродом (С) образуется карбиджелеза Fe3C, называемый цементитом 1, он содержит 6,67 % С.
Промышленные сплавы железа с углеродом содержат до» 4 % С, поэто-
му их структуру изучают с помощью диаграммы состояния «Железо–
цементит» (Fe–Ц), т.е. компонентами данной системы являются Fe и Fe3C (рис. 2.1.1).
На этом рисунке обозначены фазы во всех областях диаграммы, а под ри-сунком указаны структуры сплавов с различным содержанием углерода при нормальных температурах.
1В дальнейшем всюду, где требуется сокращение записи, цементит обозначен буквой Ц.
t, °C
1539 Ф d
Ф+А
А Ж+Ф d
H BJ
N
А G
Ж
Ж+А 1147°
E C
А+Ц
D
Ж+ЦI
F
727° А+ФФ P S
Ф+Ц
K
Fe3C ( Ц )
Fe Q
0 0,020,8 2,14
L
4,3 6,67 %C
Ф+П П+ЦII П+Ц I+Л Л+ЦI
Ф Ф+ЦIIП(Ф+Ц) Л(П+Ц)
Рис. 2.1.1. Диаграмма состояния «Железо-цементит»: внизу под диаграм-мой – обозначения структур сплавов с различным содержанием углерода при нормальных температурах
|
|
|
На диаграммах состояния верхняя система линий (в данном случае
ABCD) называется линией ликвидус (лат. – жидкий), выше нее любой сплав
находится в жидком состоянии. На рис. 2.1.1. Ж – жидкая фаза (расплав) - жид-
кий раствор С в Fe.
Система линий диаграммы непосредственно под ликвидусом (в данном
случае AHJECF) называется линией солидус (лат. – твердый), ниже нее любой
сплав – в твердом состоянии.
В системе Fe-Fe3C существуют три твердые (кристаллические) фазы: цементит – химическое соединение (на диаграмме его однофазная «область» -линия – DFKL) и твердые растворы С в Fe – аустенит (область GNJES) и фер-рит (0GPQ). Наличие двух твердых растворов является следствием полимор-
физма железа – его способности существовать в двух модификациях (a и g) при различных температурах (см. раздел 1.2.1). В интервале температур 0…911 оС,
а также 1392…1539 оС это a–Fe (или Fea) с ОЦК решеткой1, в интервале 911…1392 оС железо имеет ГЦК решетку – это g–Fe (или Feg).
Соответственно при сплавлении железа с углеродом образуются два
твердых раствора внедрения С в Fe: феррит (Ф) – раствор С в a–Fe и аустенит
(А) – раствор С в g–Fe.
Из диаграммы Fe–Ц (см. рис. 2.1.1) видно, что окончательная структура
(при нормальных температурах) практически всех сплавов (правее т. Q, т.е.
>0,01 %С) формируется из двух фаз: Ф и Ц.
Феррит – твердый раствор на основе a–Fe, содержащий < 0,02 %С, очень
мягкая (твердость НВ £ 800) и пластичная (относительное удлинение d ³ 30 %)
фаза.
|
|
|
Цементит – карбид железа, напротив, очень тверд (НВ»80002) и хрупок (d» 0 %). Такие характеристики Ф и Ц обусловливают существенную зависи-мость механических свойств железоуглеродистых сплавов от содержания С (см. ниже, тему 2.1.2).
До сих пор были обсуждены только однофазные области диаграммы Fe−Ц. На рис. 2.1.1 показаны также двухфазные области (заметим, что из логи-ческих соображений в любой двухфазной области находятся те фазы, которые расположены слева и справа от данной области).
В конце темы 1.3 отмечалось, что свойства сплавов зависят не только от фазового состава, но и от конкретной структуры сплавов. Чтобы устано-вить структуру сплава, нужно проследить, какие превращения происходят в нем при медленном охлаждении из жидкого состояния до комнатной темпе-ратуры.
Рассмотрим этот процесс на примере сталей – сплавов с содержанием уг-лерода от 0,02 до 2,14 % С.
1Железо, существующее в интервале 1392…1539 оС, часто обозначают как d–Fe (Fed), хотя это та же модификация a.
2Всюду в данном пособии твердость по Бринеллю (НВ) дается в МПа.
Формирование равновесной 1 структуры углеродистых2сталей
