Структурные и фазовые превращения в сталях при нагреве и охлаждении.

Диаграмма «Железо-углерод».

Диаграмма железо- углерод, имеющая техническое применение, включает содержание углерода от 0 до 6,67% (Рисунок)

. Содержание углерода 6,67% соответствует 100%-ной доле химического соединения Fe₃C, называемого цементитом. Таким образом, диаграмма железо- углерод представляет часть диаграммы между чистым компонентом А (Fe) и соединением В (Fe₃C)

. Сплошные линии соответствуют метастабильной системе Fe- Fe₃C, пунктирные линии изображают стабильную систему Fe - C.

В области до 4,3% С различия граничных фазовых линий между метастабильной и стабильной системами незначительны. Однако при длительном температурном воздействии и при более высоком содержании углерода цементит имеет склонность к распаду на железо и графит. Графит и цементит могут, как часто наблюдается у чугуна, появляться рядом друг с другом.

Диаграмма Fe-Fe₃C является характерным примером сложной системы, содержащей три превращения:

1. Перетектическое превращение с перитектической точкой при 0,16%С и 1493^оС (точка J), в результате чего из расплава и первично выделенного -твердого раствора (ОЦК) образуется ---твердый раствор (ГЦК) по реакции:.

2. Эвтектическая реакция между расплавом, g-твердым раствором и Fe₃C при 4,3% С и 1147^оС по реакции (точка С).. Эвтектическая горизонталь простирается от 2,14 до 6,67% С, соответственно от 31 до 100% Fe₃C. Это означает, что при содержании С<2,14% из расплава выделяется гомогенный -твердый раствор, максимальная растворимость С от 2,14% при 1147^оС уменьшается до 0,8% при 723^оС.С максимальной растворимостью углерода в g-твердом растворе при 2% связываются границы для стали (<2,14%) и чугуна (>2,14%).

3. Эвтектоидное превращение - твердого раствора (аустенит) в при 0,8%С и 723^оС по реакции (точка S).

Диаграмма состояния железо-углерод

При содержании С>2,14% наряду с первично выделенным - твердым раствором остаточный расплав превращается в эвтектику, которая при 4,3%С образуется как чистая эвтектика и называется также ледебуритом.

На диаграмме Fe- Fe₃C левее точки Е’находятся стали, правее - чугуны. Как видно из диаграммы, стали не испытывают эвтектического превращения. При температурах ниже 723^оС все стали (в отожженном состоянии) состоят из двух фаз - феррита и цементита. Феррит- это твердый раствор углерода в a- Fe с ОЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в a- Fe составляет около 0,025% (точка Р) Цементит - это карбид железа Fe₃C, содержащий 6,7%С.

Микроструктура сталей

По микроструктуре в отожженном состоянии различают:

а) техническое железо, не испытывающее эвтектоидное превращение (до 0,025%С);

б) доэвтектоидные стали (от 0,025 до 0,8%С);

в) эвтектоидные стали (0,8 %С);

г) заэвтектоидные стали (от 0,8 до 2,14%С).

В отожженном техническом железе микроструктура состоит либо только из равноосных зерен феррита (до 0,006%С), либо из равноосных зерен феррита с пограничными выделениями третичного цементита. Третичный цементит образуется по границам зерен феррита вследствие уменьшения растворимости углерода в феррите при понижении температуры, и образует разорванную сетку, т.к. количество его невелико.

В отожженных доэвтектоидных сталях две структурные составляющие: избыточный феррит, образующийся в результате полиморфного превращения g ® a, и эвтектоид - перлит, который возникает при эвтектоидном превращении: g ₀₈®a_0.025+Fe₃C. Избыточный феррит при большом его количестве выделяется в виде равноосных зерен (рисунок 22), при малом количестве - в виде сетки по границам зерен аустенита (рисунок 23).

Перлит имеет характерное пластинчатое строение и состоит из отдельных зерен - колоний (рисунок 24). Количественное соотношение феррита и цементита в перлите не зависит от состава стали.

В отожженных заэвтектоидных сталях структурные составляющие - перлит и цементит вторичный. Последний выделяется из аустенита перед эвтектоидной реакцией из-за уменьшения растворимости углерода при понижении температуры. Вторичный цементит выделяется по границам зерен аустенита, образуя сетку (рисунок 25), заполненную колониями перлита, которые образуются из аустенита при эвтектоидном превращении.

Таким образом, по микроструктуре можно качественно отличить стали с разным содержанием углерода. В таблице 1 приведены данные о фазовых и структурных составляющих сталей.

Таблица 1 - Фазовое состояние и микроструктура отожженных углеродистых сталей

Фазы углеродистой стали сильно отличаются механическими свойствами: феррит мягок и пластичен, цементит тверд и хрупок. Ясно, что механические свойства стали зависят от свойств фаз, однако существенное влияние оказывает и микроструктура. Свойства отдельных фаз и перлита можно сравнить в таблице 2. Эвтектоидные и заэвтектоидные стали со структурой перлита или перлита с вторичным цементитом обладают повышенной твердостью. Если же сталь подвергнуть специальному отжигу (сфероидизирующий отжиг), выделения вторичного цементита и цементит эвтектоида принимают глобулярную форму (см. рисунок 26), а твердость снижается.

Рисунок 21 - Схема микроструктуры технического железа: феррит и третичный цементит по границам зерен	Рисунок 22 - Схема микроструктуры доэвтектоидной стали: зерна избыточного феррита и перлит	Рисунок 23 - Схема микроструктуры перлита
Рисунок 24 - Схема микроструктуры доэвтектоидной стали: сетка избыточного феррита и перлит	Рисунок 25 - Схема микроструктуры заэвтектоидной стали: сетка вторичного цементита и перлит	Рисунок 26 - Схема микроструктуры заэвтектоидной стали: феррит и зернистый цементит

Таблица 2 - Механические свойства структурных составляющих в углеродистых сталях

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: