Технически чистое железо

Структура этих сплавов – феррит - Ф (при содержании углерода менее 0,006%) или феррит и цементит третичный – Ф+Ц_III (при содержании углерода в пределах 0,006%…0,02%). Структура технически чистого железа представлена на рис.5.2а.

Выделение Ц_III из феррита происходит вследствие того, что при понижении температуры уменьшается растворимость углерода в феррите(по линии PQ диаграммы состояния «Fe–C»). Твердость этих сплавов составляет 80…100НВ. Значения пределов прочности и текучести определяются из известных соотношений между твердостью по Бринеллю, с одной стороны, и пределами прочности и текучести – с другой (см. л/р №4).

Стали

По структурному признаку в зависимости от содержания углерода сталиподразделяютсяследующим образом:

¾ доэвтектоидные, содержание углерода менее 0,8%;

¾ эвтектоидные, содержание углерода 0,8%;

¾ заэвтектоидные, содержание углерода в пределах 0,8%…2,14%.

Во всех сталях в процессе охлаждения при температуре 727°C (линия РSК диаграммы состояния «Fe–C») происходит перлитное превращение (А_0,8 П[Ф_0,02+Ц_6,67]).

В доэвтектоидных сталях между линиями GS и PSK происходит полиморфное превращение (А Ф).

В заэвтектоидных сталях вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SE) при охлаждении выделяется цементит вторичный из аустенита (А Ц_II).

Структура доэвтектоидных сталей – феррит и перлит (весь цементит входит в перлит). Повышение содержания углерода приводит к изменению структуры сталей – росту количества цементита и, соответственно, перлита (перлит в поле зрения микроскопа выглядит темным, а феррит светлым). Структура двух доэвтектоидных сталей с разным содержанием углерода показана на рис.5.2б и 5.2в. Увеличение в структуре количества цементита приводит к повышению твердости и прочности стали.

Зная содержание углерода в стали, легко определить её механические свойства, воспользовавшись правилом Н.С. Курнакова, устанавливающим связь между структурой и свойствами сплавов в зависимости от их химического состава. При образовании смесей (именно к сплавам такого типа относятся стали) зависимости твердости, прочности и ряда других свойств от концентрации компонентов (в сталях от содержания углерода) являются линейными.

Зная твердость феррита (содержание углерода в сплаве практически равно нулю) – 80НВ и твердость перлита (содержание углерода в стали 0,8%) – 180НВ, легко определить твердость любой доэвтектоидной стали, построив соответствующий график, или аналитически. Зная твердость стали, можно рассчитать её пределы прочности (s_в) и текучести (s _Т).

Эвтектоидная сталь содержит 0,8% углерода, её структура – перлит (см. рис.5.2г).

Структура заэвтектоидных сталей – перлит и цементит вторичный (см. рис.5.2д).

Перлит заэвтектоидных сталей должен иметь зернистую, а не пластинчатую форму (наличие пластинчатого цементита перлита связано с нарушением режима отжига.). Это обеспечивает лучшую обрабатываемость резанием. Браком структуры является наличие цементитной сетки (пластины цементита расположены по границам перлитного зерна). Наличие хрупкой карбидной фазы по границам зерен приводит к повышенной хрупкости стали. Структуры заэвтектоидной стали, находящейся в разных структурных состояниях, показаны на рис.5.2д и 5.2е.

Цементитная сетка может быть устранена термической обработкой – нагревом выше линии SE диаграммы состояния «Fe–C» с целью растворения цементита в аустените и последующим охлаждением на воздухе (нормализация), которое предупреждает выделение цементита в виде сетки по границам аустенитных зерен.