доэвтектоидные стали эвтектоидные стали Доэвтектоидные стали в них углерода меньше 0,8% (С<0,8%) под микроскопом

Определение содержания углерода по структуре.

  • В перлите – 0,8%С; в феррите ≈0%С.
  • Смотрим на картине процент перлита – 30%
  • Смотрим на картине процент феррита – 70%.
  • Определяем содержание углерода С=0,8*0,3+0*0,7=0,24%
Эвтектоидные стали (С=0,8%) под микроскопом
заэвтектоидные стали Заэвтектоидные стали (С>0,8%) под микроскопом

Определение содержания углерода по структуре

  • В перлите – 0,8%С; в цементите – 6,67%С.
  • Смотрим на картине процент перлита – 90%
  • Смотрим на картине процент цементита – 10%.
  • Определяем содержание углерода С=0,8*0,9+6,67*0,1=1,4%

 

Чугуны

Чугун – это сплав железа с углеродом при его содержании от 2,14% до 6,67%.

Белые чугуны

Белые чугуны используются для получения стали, ковкого чугуна и как износостойкий материал, хрупок, обладает высокой твердостью, не поддается обработке резанием. Свое название получили из-за цвета излома. В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии в виде цементита.

доэвтектические белые чугуны Доэвтектические белые чугуны (2,14%<С<4,3%)
эвтектические белые чугуны Эвтектические белые чугуны (С=4,3%)
заэвтектические белые чугуны Заэвтектические белые чугуны (4,3%<С<6,67%)

 

  • Цементит – белый фон;
  • Перлит – большие серые зерна;
  • Ледебурит – маленькие серые точки.

Заэвтектические белые чугуны (4,3%<С<6,67%)

Серые чугуны

Из него изготавливают детали работающие на сжатие, при статическом нагружении.

Из серого чугуна изготавливают гильзы блока цилиндров, тормозные барабаны, корпуса редукторов и.т.д. Свое название получили по цвету излома.Маркируются буквами СЧ, далее идет число обозначающее предел прочности на растяжение. Например СЧ 15. Предел прочности 150 МПа.

При получении серого чугуна помимо углерода и железа, добавляют кремний. У серого чугуна хорошие литейные свойства, высокая износостойкость, хорошая обрабатываемость, однако из за пластинчатой формы графита серый чугун обладают низкой прочностью.

Серый ферритный чугун Серый феррито-перлитный чугун Серый перлитный чугун
серые чугуны

 

Ковкие чугуны

Ковкие чугуны получают отжигом белого чугуна. Ковкие чугуны литейный материал не подвергаются ковке, названы так потому что обладают высокой прочностью и пластичностью за счет хлопьевидной формы графита. Из ковких чугунов изготавливают детали подверженные ударным и знакопеременным нагрузкам (фланцы, вилки карданных валов). Ковкие чугуны маркируются буквами КЧ, далее пишется предел прочности на растяжение и через тире относительное удлинение.

Например КЧ 30-6, 300МПа – предел прочности, относительное удлинение 6%. Относительное удлинение – это удлинение в % образца при растяжении его на разрывной машине, фиксируется относительное удлинение перед разрывом образца.

 

Ковкий ферритный чугун Ковкий феррито-перлитный чугун Ковкий перлитный чугун
ковкий ферритный чугун ковкий феррито-перлитный чугун ковкий перлитный чугун

 

Высокопрочные чугуны

Маркируются буквами ВЧ, далее идет число обозначающее предел прочности на растяжение. Например ВЧ 30. Предел прочности 300 МПа. Их получают, добавляя в расплав 0,02…0,08 % Mg (модифицируют магнием) для получения шаровидного графита. Высокопрочные чугуны обладают высокой прочностью и небольшой пластичностью. Из высокопрочного чугуна изготавливают прокатные валки, коленчатые валы, поршни.

Высокопрочный ферритный чугун Высокопрочный феррито-перлитный чугун Высокопрочный перлитный чугун
высокопрочный перлитный чугун высокопрочный ферритный чугун высокопрочный феррито-перлитный чугун

 

Диаграмма состояния Fe-Fe3C (железо-цементит)

диаграмма состояния fe-fe3c (железо-цементит)
Обозначения на диаграмме:

Ф – феррит (твердый раствор углерода в альфа-железе Feα); Ау – аустенит (твердый раствор углерода в гамма-железе Feγ);

Ж – жидкий металл, при температуре 11470С жидкость переходит в ледебурит (аустенит+цементит);

Ц – цементит Fe3C (химическое соединение железа с углеродом, при его содержании 6,67%);

Ц1, Ц2, Ц3 – первичный, вторичный и третичный цементит соответственно, первичный образуется при кристаллизации из жидкой фазы у всех сплавов, содержащих более 4,3 %С. Вторичный цементит выделяется при вторичной кристаллизации из аустенита у сплавов, содержащих более 0,8 %С в интервале температур 1130 – 7270С. Третичный цементит выделяется при третичной кристализации из феррита в диапазоне температур от 0-7270С.

Диаграмма состояния Fe-Fe3C (железо-цементит)

П – перлит (эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, с содержанием углерода 0,8%) при температуре 7270С перлит переходит в аустенит;

Л – ледебурит (эвтектическая механическая смесь перлита и цементита при температуре ниже 7270С, и смесь аустенита и цементита при температуре выше 7270С)

На линии CD: Ж остывает и переходит в Ц1.

На линии BE: Жост остывает и переходит в Ау.

На линии ECF: Жост остывает и переходит в Л(Ау+Ц).

На линии PSK: Ау остывает и переходит в П.

На линии SE: Ау остывает и переходит в Ц2.

На линии PG: Ау остывает и переходит в Ф.

На линии PQ: Ф остывает и переходит в Ц3.

Кристаллизация

Первичная кристаллизация начинается на линии ликвидус ВСD.

Вторичная кристаллизация начинается на линии солидус ВЕF.

Твердый раствор – это сплав у которого атомы растворимого вещества размещены в кристаллической решетке растворителя.

Механическая смесь – это сплав двух компонентов с сохранением их кристаллических решеток.

Эвтектоид – механическая смесь образованная из твердого раствора (эвтектоидное превращение происходит при 7270С).

Эвтектика – механическая смесь образованная из жидкого раствора (эвтектическое превращение происходит при 11470С).

Фаза – однородная часть структуры имеющая границу раздела, при переходе через которую меняется кристаллическая решетка и химический состав. На диаграмме железо-цементит присутствуют 4 фазы:

  • феррит
  • аустенит
  • жидкая
  • цементит

Остальное это смеси.

Определить количество фаз в сплаве можно по формуле Ф=К+2, где К – количество компонентов, 2 – количество переменных внешних факторов (давление и температура). Если давление постоянно значит Ф=К+1. Если количество фаз 3 и меньше сплав находится в равновесном состоянии, если количество фаз больше значит сплав находится в неравновесном состоянии. На диаграмме железо-цементит структуры находятся в равновесном состоянии.

Степень свободы – возможность изменения какого либо фактора (давления или температуры) при неизменном количестве фаз. Если давление постоянно, тогда степень свободы определяется так С=К+1-Ф.