Классификация железоуглеродистых сплавов




Лабораторная работа № 5

МИКРОСТРУКТУРА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Цель работы

Приобретение практических навыков исследования микроструктуры углеродистых сталей с помощью микроскопического анализа и определение состава и марок сталей.

Однофазные

а) Феррит – твердый раствор внедрения углерода в железе с ОЦК решеткой; весьма пластичен (δ = 40%), с пределом прочности, равным 30 кгс/мм2, НВ - 90, аn = 25 кгсм/см2. Его фазовое поле ограничено ломаной линией QPG. При температуре 727 °С α - железо растворяет 0,02% С с понижением температуры, в соответствии с ходом солвуса (PQ), растворимость убывает и при комнатной температуре составляет всего 0,006 %;

б) Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ - железе с ГЦК решеткой и высокой пластичностью. Его фазовое поле на диаграмме ограничено ломаной линией GSEA. При температуре 1147 °С растворимость углерода максимальна - 2,14%, с понижением температуры, согласно солидусу (ES), она убывает до 0,8%;

в) Цементит – химическое соединение - Fе3С с 6,67% С и сложной ромбической решеткой. Он достаточно тверд (НВ = 800);

г) Графит – одна из аллотропических форм углерода с удельным весом 2,35 г/см3, низкой прочностью и твердостью (НВ = 3). В сплавах на основе железа присутствует в виде включений пластинчатой, глобулярной или хлопьевидной формы.

Двухфазные

а) Перлит – продукт диффузионного эвтектоидного распада аустенита состава точки S (0,8% С) с пластинчатым строением зерен из чередующихся пластинок феррита и цементита, пределом прочности, равным 90 кгс/мм2 δ = 16%, НВ = 200;

б) Ледебурит – эвтектика, образующаяся при кристаллизации жидкого

металла состава точки С по схеме L →(γ + Fе3С). Он состоит из цементитной основы с множеством мелких зерен аустенита, которые ниже 727 °C превращаются в перлит. Тверд (НВ = 600) и хрупок. Присутствуя в структуре, он делает сплавы непригодным к обработке давлением и затрудняет обработку резанием.

 

По мере увеличения концентрации углерода монотонно растет количество перлитной составляющей и убывает количество ферритной составляющей. При содержании углерода, равном 0,8%, сплав имеет чисто перлитную структуру (рис. 1, в).

Рис. 1. Схемы структур чистого железа (а), доэвтектоидной (б), эвтектоидной (в) и заэвтектоидной (г) стали

 

В заэвтектоидных сплавах их равновесное охлаждение ниже солвуса ES сопровождается образованием вторичного цементита, образующего оболочку вокруг первичного аустенитного зерна. Затем аустенит превращается в перлит. Поэтому любой заэвтектоидный сплав со структурой из зерен перлита, окаймленных оболочкой вторичного цементита. Под микроскопом вторичный цементит виден в форме сетки (рис. 1, г).

 

 

Классификация железоуглеродистых сплавов

В зависимости от концентрации углерода железоуглеродистые сплавы подразделяют на технически чистое железо, стали и чугуна.

1. К технически чистому железу относят сплавы, содержащие не более 0,02% С. Под микроскопом структура технически чистого железа (рис. 1, а) состоит из однородных зерен феррита и возможно с отдельными частицами третичного цементита по их границам.

 

2. К сталям относят сплавы, содержащие углерод в пределах от 0,02 до 2,14%. По своему положению на диаграмме они подразделяются на доэвтек-тоидные, заэвтектоидные, а при содержании углерода 0,8% сталь называют эвтекгоидной.

 

Поскольку сравнительно малые изменения содержания углерода весьма ощутимо изменяют структуру, прочностные характеристики и технологичность стали, то по содержанию углерода различают:

а) низкоуглеродистые, содержащие углерода 0,25% и менее;

б) среднеуглеродистые, содержащие углерода 0,30-0,65%;

в) высокоуглеродистые, содержащие углерода 0,7% и более.

 

3. К чугунам относят сплавы, содержащие более 2,14% С. Они могут быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна — перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического - первичный цементит с ледебуритом. Чугуны с такой структурой называют белыми. Они тверды, хрупки и очень трудно обрабатываются резанием. Поэтому производятся для последующей переделки.

 

Примесные элементы содержатся в стали всегда. Одни из них (фосфор, сера, кислород, азот и водород) попадают в сталь из пихтовых материалов топлива, огнеупоров, газов и присутствуют там в малом количестве, поскольку избавиться от них окончательно не удается. Другие (марганец, кремний) вводятся преднамеренно в процессе варки стали, как раскислители. Фосфор попадает из руд.

 

Сера переходит в металл из минеральной составляющей топлива.

кислород, азот и водород могут содержаться в стали в сравнительно малом количестве.

 

От кислорода избавляются раскислением стали перед разливкой ее в изложницу кремнием.

 

Содержание серы и фосфора, как вредных примесей, ухудшающих качество стали. ГОСТ оговаривает:

а) в стали обыкновенного качества S ≤ 0,05%, Р ≤ 0,05%;

б) в качественной стали S ≤ 0,04%, Р ≤ 0,04%;

в) в высококачественной стали S ≤ 0,03%, Р ≤ 0,025%.

 

Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

 

К чугунам относят сплавы, содержащие более 2,14% С. Они могут быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна - перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического - первичный цементит с ледебуритом. Чугуны с такой структурой называют белыми. Поэтому производятся для последующей переделки.

 

Ковкий чугун, получаемый длительным отжигом отливок из белого чугуна, имеет хлопьевидный графит, обеспечивающий ему достаточно высокую пластичность.

 

Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).

 

Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют перлитные серые модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок - ферросилиция (0,3-0,6% от массы шихты).

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: