Таблица 7

Соотношение твердости по различным способам определения (ориентировочно)

5.2. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Чистое железо. При нагреве железо испытывает превращения. С повышением температуры до 911°С железо имеет объемно-центрированную кристаллическую решетку с координационным числом К8, т. е. числом атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке. Такое железо называют альфа-железом и обозначают Feα.

При температуре 911°С происходит превращение решетки объемноцентрированной кубической в гранецентрированную кубическую с К12. Такая решетка железа сохраняется в интервале температур 911...1392°С. Железо обозначают Feγ и называют гамма-железо.

При 1392°С вновь происходит перестройка решетки гранецентрированной кубической в объемно-центрированную кубическую, которая сохраняется до температуры плавления 1539°С. Эту модификацию железа называют Feα и Feδ.

Железо обладает невысокой твердостью и прочностью: НВ 80,

σв ≈ 250 МПа.

Углерод. В природе углерод встречается в виде двух модификаций: в форме алмаза с кубической решеткой и в форме графита с простой гексогональной решеткой.

30

Фазы в системе Fe – Fe3С. Феррит – твердый раствор углерода в альфа-железе. Обозначается Feα(С) при комнатной температуре углерода растворяется 0,006%, а при 727°С – 0,02%. Твердость и прочность феррита примерно такие же как у чистого железа.

Аустенит – твердый раствор углерода в гамма-железе. Обозначается Feγ(С). При температуре 727°С аустенит содержит углерода 0,8%, а при 1147°С – 2,14%. Аустенит парамагнитен, пластичен, имеет низкий предел прочности и твердости (НВ 170...220).

Цементит – карбид железа Fe3С, образующийся при содержании углерода 6,87%. Температура плавления 1600°С. Цементит имеет высокую твердость (НВ 800), хрупкий.

5.3. Превращения в стали при нагревании

Свойства стали изучают по диаграмме железо – цементит [10, 12]. для этого понадобится не вся диаграмма, а только ее левая нижняя часть, ограниченная содержанием углерода 2,14% (рис. 10).

Типы сталей. По диаграмме стали делят на три группы: эвтектоидные, доэвтектоидные, заэвтектоидные.

Рис. 10. Начало диаграммы железо-цементит Эвтектикой называют механическую смесь двух (или более) разно-

родных кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости. Образование смеси происходит диффузионным путем. Эвтектоидная сталь содержит углерода 0,8%. Состоит она только из перлита. Перлит – механическая смесь (эвтектоид), состоящая из мелких пластинок или зерен цементита, расположенных в ферритной основе. Твердость перлита НВ =

31

тита, расположенных в ферритной основе. Твердость перлита НВ = 170...250.

Механические свойства перлита зависят от степени измельчения (дисперсности) частичек цементита. При очень мелком цементите смесь называют троститом.

Твердость тростита НВ = 270...450.

Феррито-карбидную смесь дисперсностью между перлитом и троститом называют сорбитом. Его твердость НВ = 270...320.

Доэвтектоидная сталь содержит углерода меньше 0,8%. Состоит она из феррита и перлита.

Заэвтектоидная сталь содержит углерода от 0,8 до 2,14%. Состоит она из перлита и вторичного цементита.

Сплавы, содержащие углерода более 2,14%, называют чугунами. Критические точки. Точки, расположенные на линиях диаграммы

железо – цементит, называют критическими. Критические точки – это температуры, соответствующие фазовым превращениям в стали. Одни точки отвечают началу перестройки решетки, а другие – концу перестройки. Все критические точки обозначают буквой А. Покажем некоторые из них.

Первая критическая точка А1 для всех сталей лежит на линии PSK (727°С). В этой точке перлит превращается в аустенит. При температуре более 727°С структура доэвтектоидной стали будет состоять из аустенита и феррита, для эвтектоидной стали – полностью из аустенита и для заэвтектоидной стали – из аустенита и вторичного цементита.

Точка А3 лежит на линии GS. Здесь происходит превращения феррита в аустенит. Температура превращения зависит от содержания углерода в доэвтектоидной стали.

Точка Аст лежит на линии SE и соответствует превращению вторичного цементита в аустенит.

При охлаждении стали превращения идут в обратном порядке, но при несколько других температурах (вследствие теплового гистерезиса). Для отличия процессов нагрева и охлаждения критические точки обозначают так: при нагреве – АС1, АС3; при охлаждении – Аr1, Аr3.

5.4. Превращения аустенита при охлаждении

Время, температуру и материал превращения при охлаждении стали находят по диаграммам изотермического превращения аустенита (С-

образным диаграммам). Такие диаграммы для всех выпускаемых промышленностью марок сталей помещены в справочниках по термической обработке.

32