Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом совмещает с себе все ранее рассмотренные типы диаграмм; в частности, она является диаграммой сплавов, способных к образованию химического соединения, каковым здесь
является Fe3C (при содержании в сплаве 6,67% С) Рассматриваемая ниже диаграмма представляет собой лишь часть всей еще не изученной полностью диаграммы состояния сплавов железа с углеродом.
Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом строится обычным способом, т.е. путем перенесения критических точек с кривых охлаждения сплавов железа с различным содержанием углерода на плоскость, где по оси X откладывается содержание углерода в сплаве, а по оси Y — температура.
Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом представлена на фиг. 89: ABCD — линия начала затвердевания жидких сплавов железа с углеродом (линия ликвидуса); выше ABCD лежит область жидких сплавов.
Часть линии ликвидуса АВ является линией начала выделения из жидкого сплава кристаллов твердого раствора углерода в б-Fe, ВС—начала выделения кристаллов твердого раствора у-Fe (аустенита), CD — начала выделения кристаллов Fe3C — карбида железа, иначе называемого цементитом; AHJECF — линия конца затвердевания жидких сплавов (линия солидуса).
Часть линий солидуса АH есть линия окончания выпадения из жидкого сплава кристаллов твердого раствора б-Fe; линия HJB соответствует перитектической реакции (Жв + бн уJ), JE — линия конца выпадения из жидкого сплава кристаллов твердого раствора у-Fe (аустенита); ECF — линия затвердевания эвтектики, состоящей из кристаллов твердого раствора у-Fe (аустенита) и кристаллов цементита, называемой ледебуритом.
Из диаграммы (фиг. 89) видно содержание углерода и температуры для всех точек линий ликвидуса и солидуса. Соответствующие данные помещены в табл. 8.
Между линиями ликвидуса и солидуса лежат следующие области диаграммы (фиг. 89):
ABH (II) — кристаллы твердого раствора б-Fe + жидкий сплав (Fe, С);
EJBC (III) — кристаллы твердого раствора у-Fe + жидкий сплав (Fe, С);
CDF (IV) — кристаллы Fe3C + жидкий сплав (Fe, С).
Рассмотрим теперь часть диаграммы, находящуюся ниже линии солидуса.
Кристаллизация, происходящая при твердом состоянии вещества, называется вторичной в отличие от кристаллизации, происходящей при переходе сплава из жидкого состояния в твердое, называемой первичной. Превращения в твердом состоянии в сплавах железа с углеродом характеризуются на диаграмме состояния линиями НN, NJ, GOS, МО, SE, PSK, GP, PQ, А0.
Значение этих линий при охлаждении сплавов следующее:
HN—линия начала превращений твердого раствора б-Fe в твердый раствор y-Fe (аустенит);
NJ — линия конца превращения твердого раствора б-Fe в твердый раствор у-Fe (аустенит);
GOS — линия начала выпадения из аустенита кристаллов феррита;
МО — линия магнитного превращения феррита;
SE — линия начала выделения из аустенита кристаллов Fe3C (вторичного цементита);
PSK — линия одновременного выпадения из аустенита кристаллов феррита и цементита (эвтектоидное превращение);
GP — линия конца превращения аустенита в феррит;
PQ — линия выпадения из твердого раствора a-Fe (феррита) кристаллов Fe3C (третичный цементит);
A0 — линия магнитного превращения цементита.
Соответственно значению линий, характеризующих превращения, происходящие при твердом состоянии сплавов железа с углеродом, диаграмма фиг. 89 ниже линии солидуса подразделяется на следующие области:
V—твердый раствор б-Fe (между линиями АН и HN);
VI—твердый раствор б-Fe + твердый раствор у-Fe (между линиями HN, JN и HJ);
VII—твердый раствор у-Fe (аустенит);
GPQ — твердый раствор a-Fe (феррит);
VIII—аустенит + феррит (немагнитный);
IX — аустенит + феррит (магнитный).
Рассматривая точку S диаграммы (фиг. 89), видим, что она занимает положение, подобное положению точки С. Выше точки С находится область жидкого состояния; налево сверху линия ВС — начало выпадения аустенита из жидкого сплава; под ВС — область аустенита и жидкости; направо сверху — линия CD — начало выпадения цементита из жидкого сплава; под CD — область цементита и жидкости. Обращаясь к точке S, видим, что здесь роль жидкого сплава играет аустенит, область которого расположена выше точки S; налево от S по линии GS происходит выделение из аустенита феррита; направо на линии ES — выделение из аустенита цементита; ниже линии GS находится область аустенита и феррита, ниже линии ES — аустенита и цементита. В точке С происходит кристаллизация эвтектики (аустенит + цементит) состава 4,3% С; в точке S образуется мелкозернистая кристаллическая масса состава 0,83% С, состоящая из кристаллов феррита и цементита. По линии ECF, проходящей через С параллельно оси X, происходит затвердевание эвтектики постоянного состава 4,3% С; по линии PSK, проходящей через S параллельно той же оси, происходит превращение аустенита в мелкокристаллическую массу постоянного состава 0,83% С, состоящую из феррита и цементита.
Таким образом, аналогия явлений, происходящих в эвтектической точке С и в точке S, оказывается полной; вследствие этого точку S называют эвтектоидной, а сплав состава точки S (0,83% С), состоящий из мелкокристаллической массы феррита и цементита, — эвтектоидом. Вследствие того что шлифованная поверхность этого сплава имеет после травления перламутровый оттенок, этот эвтектоид называют также перлитом.
Область диаграммы, лежащая ниже линии PS и влево от состава эвтектоида, принадлежит ферриту и перлиту; область, лежащая ниже линии SK и вправо от состава эвтектоида, — цементиту и перлиту; но так как перлит состоит из феррита и цементита, то можно сказать, что вся область диаграммы, расположенная ниже линии PSK, принадлежит ферриту и цементиту, которые в зависимости от содержания углерода в сплаве могут образовать следующие структуры:
При С <0,01%—феррит;
С = 0,01/0,04%— феррит + цементит;
С = 0,04 /0,83%— феррит + перлит;
С = 0,83%— перлит;
С = 0,83 /1,7% — перлит + цементит;
С =1,7/4,3% — перлит + цементит вторичный + ледебурит (перлит + цементит);
С = 4,3% — ледебурит (перлит + цементит);
С >4,3% — цементит первичный + ледебурит (перлит + цементит).
В табл. 9 даны значения температур и содержания углерода для главных точек диаграммы, лежащих ниже линии солидуса.
Приведенная на фиг. 89 диаграмма состояния сплавов железа с углеродом соответствует превращениям, происходящим лишь при медленном изменении температур сплавов.
При быстром охлаждении наблюдаются несовпадения критических точек с данными на диаграмме (фиг. 89) из-за явлений переохлаждения (гистеризис или запаздывание структурных превращений).
Чем быстрее ведется охлаждение, тем ниже опустится критическая точка, т. е. тем больше будет переохлаждение.
Проследим на диаграмме (фиг. 90) 1 за охлаждением сплава, содержащего 0,5% С от 1600 до 0°. Начальное состояние сплава характеризуется точкой N — сплав находится в жидком состоянии. В точке N1 начинается затвердевание сплава; содержание углерода в образующихся при этом кристаллах аустенита определяется отрезком b1a1; в точке N2 часть сплава находится в твердом состоянии и часть — в жидком; твердая часть сплава состоит из аустенита; содержание углерода в аустените определяется отрезком b2а2, а содержание С в жидкой части сплава — отрезком Ь2с2. В точке N3 весь сплав переходит в твердое состояние и будет состоять из аустенита, содержание углерода в котором определяется отрезком (т. е. 0,5% С). В точке N4 из аустенита начинает выпадать феррит, вследствие чего сплав начинает приобретать магнитные свойства. В точке N. сплав состоит из аустенита и феррита; содержание углерода в аустените определяется отрезком b5а5. В сопредельном с точкой
N6 положении сплав состоит из аустенита, содержащего 0,83% С, и феррита. В точке N6 происходит превращение аустенита в перлит. В точке N (ниже точки N6) сплав состоит из феррита и перлита, или, так как перлит состоит из феррита и цементита, то он состоит из феррита и цементита.
В качестве другого примера возьмем сплав, содержащий 1 % С. Пусть охлаждение ведется от такой же, как в предыдущем примере, температуры 1600°. Начальное состояние сплава характеризуется точкой М. От точки М до точки М' характер происходящих в сплаве структурных изменений вполне аналогичен с превращениями сплава в предыдущем примере (от точки N до точки N'). В точке М' начинается выделение из аустенита цементита. В точке М" сплав состоит из цементита и аустенита; содержание С в аустените определяется отрезком m''n". В сопредельном с точкой М"' положении сплав состоит из цементита и аустенита, содержащего 0,83% С; в. точке М"' происходит превращение аустенита в перлит.
В точке МIV сплав состоит из цементита и перлита.
Проследим также за изменениями, происходящими при охлаждении сплавов, содержащих 3 и 5% С (фиг. 90),
Сплав, содержащий 3% С, при температуре точки а находится в жидком состоянии. В точке Ь начинается затвердевание сплава; выделяющийся при этом аустенит содержит b'1b'2% С. В точке С сплав находится частично в жидком и частично в твердом состоянии; твердая часть представляет собой аустенит; содержание в нем углерода определяется отрезком с'1с'2: содержание углерода
в жидкой части определяется отрезком с'1с'3. В точке d содержание углерода в жидкой части сплава достигнет d1C% (4,3%); содержание углерода в аустените составит d1E% (1,7%). С этого момента жидкая часть сплава распадается на эвтектику (ледебурит), состоящую из аустенита и цементита. Образование эвтектики происходит при постоянной температуре (1130°). В интервале температур от d до f происходит выделение из аустенита цементита (вторичного): содержание углерода в аустените уменьшается от d1E% (1,7%) до 0,83%, содержание углерода в аустените для точки е определяется отрезком е1с2. В точке f происходит превращение оставшегося аустенита в перлит. Ниже точки f структура состоит из перлита, цементита (вторичного) и ледебурита, в свою очередь состоящего из перлита и цементита.
Сплав, содержащий 5% С, при температуре, определяемой точкой т, находится в жидком состоянии; затвердевание его начинается при температуре, определяемой точкой п. Выделяющиеся при затвердевании кристаллы представляют собой цементит; выделение цементита происходит в интервале температур от n до q. Содержание углерода в жидкой части сплава для промежуточной точки р определяется отрезком р1р2 .При температуре точки q содержание углерода в жидкой части сплава составляет d1C% (4,3%), и начинается образование ледебурита. Во время образования ледебурита температура остается постоянной и равной 1130°. После затвердевания сплава при дальнейшем снижении температуры из аустенита, входящего в состав ледебурита, выделяется цементит. По мере образования цементита содержание углерода в аустените уменьшается: для точки г оно определяется отрезком г1г2 ,а для точки s равно 0,83/6. При температуре точки s из оставшегося аустенита происходит образование перлита. Ниже точки s структура представляет собой цементит (первичный) и ледебурит, в свою очередь состоящий из перлита и цементита.
Сплавы железа с углеродом, содержащие не более 0,25% углерода, называются обычно техническим железом, или низкоуглеродистой сталью.
Сплавы с содержанием углерода до 2,0% называются сталью; стали с содержанием углерода менее 0,83% называются доэвтектоидными; содержащие примерно 0,83% С — эвтектоидными и при содержании от 0,83% С и выше — заэвтектоидными.
Сплавы, содержащие углерода более 2,0%, называются чугунами; чугуны с содержанием углерода менее 4,3% называются доэвтектическими, при 4,3% — эвтектическими и свыше 4,3% С — заэвтектическими.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com