Структуры железоуглеродистых сплавов

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.

Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены на рисунке 9.2. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита (рисунок 9.2а), при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита (рисунок 9.26), если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.

Рисунок 9.2 – Микроструктуры технического железа: а – содержание углерода менее 0,006%; б – содержание углерода 0,006.. .0,02 %

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02...2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита.

Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии.

Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. Микроструктуры сталей представлены на рисунке 9.3.

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02% <С < 0.8%), структура феррит + перлит (Ф + П) (рисунок 9.3а, б); эвтектоидные (С = 0,8%), структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый (рисунок 9.3в); заэвтектоидные (0,8% <С < 2,14%), структура перлит + цементит вторичный (П + Ц_II), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита. (рисунок 9.3г).

По микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой растворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет.

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.

Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства.

Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо –цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.

Рисунок 9.3 – Микроструктуры сталей: а – доэвтектоидная сталь (0,1%С); б– доэвтектоидная сталь (0,6%С); в – эвтектоидная сталь (0,8%С); г – заэвтектоидная сталь (1,2%С)

По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические (2,14% < С < 4,3%), структура перлит + ледебурит + цементит вторичный (П+Л+Ц_II); эвтектические (С = 4,3%), структура ледебурит (Л); заэвтектические (4,3% <С <6,67%), структура ледебурит + цементит первичный (Л+Ц_I).

В структуре доэвтектических белых чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита.

Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита. Однако свойства сталей и белых чугунов значительно различаются. Таким образом, основным фактором, определяющим свойства сплавов системы железо – цементит является их структура.