Реферат Курсовая Конспект
Структурные составляющие системы железо-углерод - раздел Промышленность, Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов Твердые Растворы Внедрения Углерода И Других Примесей В A-Железе Называют Фер...
|
Твердые растворы внедрения углерода и других примесей в a-железе называют ферритом, а в g-железе – аустенитом.
Феррит получил свое название от латинского наименования железа – «Ferrum». Различают низкотемпературный a-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный d-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1 %. Атом углерода в решетке феррита располагается в центре объема куба. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен. Твердость и механические свойства феррита близки к таковым технически чистого железа (sв = 250 МПа, s0,2 = 120 МПа, d = 50 %, y = 80 %, НВ 80 – 90 кгс/мм2 или 800 – 900 МПа), они зависят от количества элементов, присутствующих в нем (многие химические элементы образуют с ферритом твердые растворы замещения). Микроструктура феррита представлена на рис.2
Рис.2 Микроструктура феррита
а б
Рис.3. Кристаллическая решетка феррита (а) и аустенита (б)
Аустенит – парамагнитен, высокопластичен (НВ = 170 – 220 кгс/мм2 или 1700 – 2200 МПа), имеет низкие механические характеристики, такие как пределы текучести и Аустенит – парамагнитен, высокопластичен (НВ = 170 – 220 кгс/мм2 или 1700 – 2200 МПа), имеет низкие механические характеристики, такие как пределы текучести и прочности. Микроструктура аустенита - полиэдрические зерна (рис.4).
Рис.4 Микроструктура аустенита
Железо и углерод, взаимодействуя друг с другом, могут образовывать ряд металлических карбидов с различными химическими формулами: Fе3С, Fе2С, FеС и другие. Наиболее распространенным и широко применяемым из них является карбид железа среднего состава Fе3С – цементит. Стехиометрическое соотношение элементов в нем соответственно равно 3 : 1. Содержание углерода составляет 6,67 % масс.
Кристаллическая решетка карбида железа очень сложная. Она представляет собой орторомбическую структуру с плотной упаковкой атомов (в элементарной ячейке расположено 12 атомов железа и 4 углерода). Характер связи между атомами железа чисто металлический, а между железом и углеродом ионно-металлический с преобладанием металличности. Такое строение приводит к тому, что он проявляет металлические признаки: блеск, высокая электропроводность, уменьшающаяся с повышением температуры, легкость образования твердых растворов с металлами.
Данное соединение обладает высокой твердостью, сравнимой только с алмазом, он легко царапает стекло (НВ более 800 кгс/мм2), но чрезвычайно низкой практически нулевой пластичностью (большой хрупкостью), значительной жаропрочностью и обычно более высокой температурой плавления, чем исходный металл.
Кроме перечисленных фаз, в структуре сплавов железа с углеродом присутствуют две структурные составляющие: эвтектика и эвтектоид.
В системе железо – углерод эвтектика содержит 4,3 % С и кристаллизуется при температуре 1147ºC. Она представляет собой смесь кристаллов аустенита и цементита и называется ледебурит (в честь австрийского ученого-металлурга Ледебура).
Л = А + Ц.
Ледебурит - образуется в процессе эвтектического превращения по реакции
Ж = g + Fe3C
По своей структуре он представляет собой чередующиеся пластинки аустенита и цементита. При температурах ниже 727°С аустенит в этой смеси изотермически превращается в перлит. Ледебурит такого состава называется низкотемпературным. Микроструктура ледебурита представлена на рис.5.
Рис.5 Микроструктура ледебурита
Перлит –смесь пластин феррита и цементита образующаяся при 727°С. по реакции
А= a + Fe3C,
Он имеет перламутровый цвет (отсюда и название), концентрация углерода в нем -0,8 % масс. Структура его также как и ледебурита состоит из следующих друг за другом пластинок феррита и цементита.
Перлит имеет наиболее удачное сочетание механических свойств из всех равновесных структур в сплавах железа с углеродом. В нем мягкие, вязкие пластины феррита чередуются с прочными, твердыми, жесткими пластинами цементита: П = Ф + Ц (рис. 6). Такая структура хорошо сопротивляется самым разным механическим нагрузкам, обладает высокой прочностью и достаточной вязкостью. Твердость перлита составляет 180-220 HB, в зависимости от размера зерна.
Рис.6 Микроструктура перлита и цементита вторичного.
1.3 Диаграмма состояния железо – цементит
Диаграмму системы железо-углерод можно проанализировать только до образования в ней карбида железа - Fе3С – концентрация углерода 6,67 %. Это связано с тем, что наибольшее практическое значение имеет только часть диаграммы состояния железо-углерод, в которой показано формирование цементита, так как сплавы, содержащие большее количество углерода, очень хрупкие и практически не применяются в промышленности. Поэтому диаграмму состояния системы железо-углерод изображают только до концентрации углерода 6,67 % масс и называют диаграммой состояний железо-цементит (рис.7).
Рис. 7. Диаграмма железо-углерод
Кривая АВСD - линия ликвидус, которая на участке АВ соответствует температурам начала выпадения кристаллов феррита (a), а на участке ВС соответствует температурам начала выпадения кристаллов аустенита (g) из жидкого сплава (L). В области СD – она представляет геометрическое место точек, отвечающих температурам начала кристаллизации первичного цементита (Fe3СI) из жидкой фазы (L).
Линия АHJЕСFD - солидус, криволинейный участок АHJЕ которой, определяет окончание затвердевания жидкой фазы.
На горизонтальной линии HJВ происходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования аустенита из жидкости и феррита.
LB + aH ® gj
Горизонтальный участок ECF является геометрическим местом точек, соответствующих также концу кристаллизации аустенита (ЕС) и первичного цементита - Fe3CI (CF), и одновременно отвечает температурам изотермического превращения жидкого сплава состава точки С в двухфазную эвтектику – ледебурит.
LC ® gЕ + Fe3CF.
Данная реакция наблюдается только у сплавов с содержанием углерода более 2,14 % масс.
На горизонтальной линии PSK происходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования перлита из аустенита.
gS ® aP + Fe3CK
Линии NH и NJ отражают начало и конец полиморфного превращения аустенита и d-феррита, а линии GS и GP соответственно начало и конец полиморфного превращения аустенита и a-феррита.
Кривые DC, ES и PQ показывают на ограничение максимальной растворимости углерода в фазовых составляющих железоуглеродистых сплавов. Эти линии определяют максимальную растворимость углерода в той фазе, которая расположена на диаграмме левее данной кривой. Это значит, что DC характеризует предельную концентрацию углерода в жидкости; ES в аустените g; PQ в феррите a. При понижении температуры системы меньше точек растворимости углерода из фазы, находящейся слева от соответствующей им кривой, выделяется избыток углерода, образуя цементит первичный, вторичный и третичный соответственно.
Диаграмму состояния Fе - Fе3С по оси абсцисс – концентрация углерода – делят на следующие участки:
0 - 0,02 % (точка Р)- технически чистое железо;
0,02 - 0,80 % (отрезок PS) - доэвтектоидные стали;
0,80 % (точка S) - эвтектоиднаясталь;
0,80 - 2,14 % - заэвтектоидные стали;
2,14 - 4,31 % (отрезок EC) - доэвтектические чугуны;
4,31 % (точка С) - эвтектический чугун;
4,31 - 6,67 % (отрезок CF) - заэвтектические чугуны.
Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14 %, называют сталями. Они после затвердевания не содержат хрупкой структурной составляющей - ледебурита и при высоком нагреве имеют только аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью. Поэтому они легко деформируются при нормальных и повышенных температурах, т. e. являются ковкими сплавами.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ... САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Структурные составляющие системы железо-углерод
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов