- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •Глава 1 общее представление о строении металлов Кристаллические структуры металлов и сплавов
- •1.2. Дефекты строения реальных кристаллов
- •1.3. Кристаллизация металлов
- •1.4. Полиморфизм металлов
- •1.5. Основные сведения о металлических сплавах
- •1.6. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •1.6.1. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых нерастворимы в твердом состоянии (I рода)
- •1.6.2. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в твердом состоянии (II рода)
- •1.6.3. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии (III рода)
- •1.6.4. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых образуют устойчивое химическое соединение (IV рода)
- •1.6.5. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •Глава 2 диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •2.1. Структурные составляющие сплавов железа с углеродом
- •2.2. Участок диаграммы состояния Fe-Fe3c с концентрацией углерода 0...2,14 %
- •2.3. Участок диаграммы состояния Fe-Fe3c с концентрацией углерода 2,14...6,67 %
- •Глава 3 термическая обработка
- •3.1. Основы термической обработки стали
- •3.1.1. Превращение перлита в аустенит и рост зерна аустенита при нагреве
- •3.1.2. Превращения аустенита при охлаждении
- •3.1.3. Мартенситное превращение
- •3.1.4. Превращения мартенсита при нагреве
- •3.2. Основные виды термической обработки стали
- •3.2.1. Отжиг сталей
- •3.2.2. Закалка сталей
- •3.2.3. Закаливаемость и прокаливаемость стали
- •3.2.4. Поверхностная закалка
- •3.2.5. Отпуск сталей
- •3.3. Термомеханическая обработка стали
- •3.4. Термическая обработка чугуна
- •3.5. Дефекты термической обработки стали
- •Глава 4 химико-термическая обработка
- •4.1. Основы химико-термической обработки сталей
- •4.2. Цементация
- •4.3. Азотирование
- •4.4. Цианирование
- •4.5. Диффузионная металлизация
- •Глава 5 углеродистые и легированные стали
- •5.1. Влияние примесей на свойства сталей
- •5.2. Классификация сталей
- •5.3. Углеродистые стали
- •5.4. Легированные стали
- •5.4.1. Конструкционные стали
- •5.4.2. Инструментальные стали
- •5.4.3. Стали специального назначения
- •Глава 6 чугун
- •8.1. Белый чугун
- •8.2. Серый чугун
- •8.3. Ковкий чугун
- •8.4. Высокопрочный чугун
- •Глава 6 цветные металлы и сплавы
- •6.1. Общее понятие о цветных металлах
- •6.2. Алюминий и его сплавы
- •6.3. Магний и его сплавы
- •6.4. Медь и ее сплавы
- •6.5. Титан и его сплавы
- •Глава 7 композиционные материалы
- •7.1. Классификация композиционных материалов
- •7.2. Особенности получения км жидкофазными методами
- •7.3. Особенности получения км твердофазными методам»
- •7.4. Методы и условия получения эвтектических км
- •7.5. Технология изготовления дисперсно-упрочненных км
- •7.6. Технология изготовления слоистых км
- •Глава 8 порошковая металлургия
- •8.1. Производство металлических порошков
- •8.2. Формование порошков
- •8.3. Спекание порошковых материалов
- •8.4. Свойства и области применения порошковых материалов
- •8.5. Техническая керамика
- •8.6. Керамике-полимерные материалы
- •Глава 9 неметаллические материалы
- •9.1. Общее понятие о неметаллических материалах
- •9.2. Полимеры
- •9.2.1. Строение и классификация полимеров
- •9.2.2. Свойства полимеров
- •Глава 9. Неметаллические материалы
- •9.3. Пластмассы и полимерные композиционные материалы
- •9.3.1. Состав и классификация пластмасс
- •9.3.2. Технология получения изделий из пластмасс и полимерных композиционных материалов
- •9.4. Резиновые материалы
- •9.5. Сотовые и панельные конструкции
- •9.5. Клеящие материалы
- •9.6. Лакокрасочные материалы
- •9.7. Древесные материалы
- •Глава 1 общее представление о строении металлов
- •Глава 2 диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •Глава 3 термическая обработка
- •Глава 4
- •Список литературы
- •Приложения Содержание
- •Глава 1 общее представление о строении металлов 5
- •Глава 2 диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов 25
- •Глава 3 термическая обработка 32
- •Глава 4 61
- •Шевельков Валерий Владимирович
2.2. Участок диаграммы состояния Fe-Fe3c с концентрацией углерода 0...2,14 %
Данный участок диаграммы представлен на рис. 2.3, а, а кривые охлаждения сплавов I и II - на рис. 2.3, б. Сплав I выше точки 1I находится в жидком состоянии. В точке 1I из жидкости начинают выделяться кристаллы аустенита. Чтобы убедиться в этом, проведем горизонтальную линию через точку а, лежащую ниже точки 1I, до пересечения с линиями АЕ и АС' и обозначим соответственно точки а1 и а2 . В точке а в равновесии находится жидкая фаза (горизонтальная линия пересекается с линией АС' в точке а2) и кристаллы аустенита (с линией АЕ в точке а1).
Рыс. 2.3. Часть диаграммы состоянии Fe-Fe3C для сталей (а), кривые охлаждения и структуры сплавов (б) и структурообразование в сплаве с содержанием углерода 0,8 % при температуре точки 4 (в)
При дальнейшем охлаждении сплава I состав жидкой фазы будет меняться по линии а2-С', а состав аустенита - по линии a1-2I. В точке 2I процесс кристаллизации аустенита заканчивается. От точки 2I до точки 3I не происходит никаких превращений, идет процесс охлаждения аустенита. В точке 2I и ниже начинает протекать полиморфное превращение. Происходит перестройка кристаллической решетки железа: Feγ → Feα. В результате из аустенита выделяется феррит. Фазы А + Ф находятся в равновесии, на что указывает проведенная ниже точки 3I горизонтальная линия.
По мере понижения температуры состав аустенита изменяется по линии GS, а феррита - по линии GP. К моменту достижения температуры 727 °С аустенит содержит 0,8% углерода (точка S) и начинает распадаться на механическую смесь, называемую перлитом (рис. 2.3, в). Такое превращение называется эвтектоидным, а линия PSK-линией эвтектоидного превращения. Все сплавы, лежащие до точки S, носят название доэвтектоидных сплавов, за точкой S - заэвтектоидных. Состав эвтектоидного сплава соответствует проекции точки S на ось концентрации. Ниже точки 4I в равновесии находятся феррит, перешедший из области PGS, и перлит, образовавшийся при распаде аустенита.
В сплаве II (см. рис. 2.3, а) от точки 1II до точки 3II протекают превращения, аналогичные превращениям в сплаве I от точки 1I до точки 3I. Ниже точки 3II из перенасыщенного углеродом аустенита выделяется цементит, получивший название вторичного (ЦII), так как он образуется из твердой фазы. Состав аустенита меняется по мере снижения температуры по линии 3IIS, являющейся частью линии ES, которая отражает растворимость углерода в аустените. С понижением температуры эта растворимость уменьшается. К моменту достижения температуры 727 °С содержание углерода в аустените составляет 0,8 % и он распадается на механическую смесь - перлит. Ниже точки 3II в равновесии находится смесь А + ЦII, а ниже точки 4II - П + ЦII, причем перлит образовался в результате распада аустенита в точке 4II.
2.3. Участок диаграммы состояния Fe-Fe3c с концентрацией углерода 2,14...6,67 %
В сплаве III (рис. 2.4, а, б) между точками 1III и 2III из расплава выделяются кристаллы аустенита. Состав жидкой фазы изменяется по линии АС и к моменту достижения температуры 1147 °С при содержании углерода 4,3 % (точка C) жидкость распадается на механическую смесь аустенита и цементита - аустенитный ледебурит (рис. 2.4, в).
Такое превращение, протекающее при постоянной температуре (участок 2III - 2III' на кривой охлаждения сплава III), называется эвтектическим, линия ECF - линией эвтектического превращения, а сама механическая смесь - эвтектической. Сплавы, лежащие левее точки С, называются доэвтектическими, правее - заэвтектическими. Эвтектический сплав содержит 4,3 % С.
Рис. 2.4. Часть диаграммы состояния Fe-Fe3C для белых чугунов (а), структурообразование типовых сплавов, кривые охлаждения и структуры белых чугунов (б) и структурообразование сплава с содержанием углерода 3 % при температуре точки 2 (в)
Между точками 2III и 3III из аустенита выделяется вторичный цементит (линия ES, рис. 2.2), в этой области в равновесии находятся фазы А + Л + ЦII = А + (А + Ц) + ЦII. При температуре 727 °С (участок 3III - 3III' охлаждения сплава III) аустенит распадается с образованием перлита и ниже точки 3III в равновесии находятся фазы П + Л + ЦII.
При этом ледебурит превращается из аустенитного в перлитный (смесь перлита и цементита).
В сплаве IV ниже точки 1IV из жидкости выделяются кристаллы цементита, в чем можно убедиться, проведя горизонтальную линию ниже точки 1IV. Состав жидкой фазы изменяется по линии DC. При достижении 1147 °С жидкая фаза, содержащая 4,3 % углерода, распадается на механическую смесь аустенита и цементита (ледебурит). Это происходит на участке 2IV - 2IV' (кривая охлаждения сплава IV). Дальнейшие превращения аналогичны превращениям в сплаве III.
Сплавы железа с углеродом после окончания всех превращений при температурах ниже 727 °С имеют различную структуру. Их условное изображение и микроструктуры показаны на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Графическое изображение структур (а) и микроструктуры углеродистых сплавов (б): 1 - 0,005 % С, Ф; 2 - 0,15 % С, Ф + П; 3 - 0,35 % С, Ф + П; 4 - 0,8 % С, зернистый перлит; 5 - 0,8 % С пластинчатый перлит; 6 - 1,2 % С, П + Ц; 7 - 3 % С, П + Л; 8 - 4,3 % С, Л; 9 - 5 % С, ЦI + Л
Структура сплава зависит от содержания углерода, с увеличением концентрации которого растет количество цементита. Железоуглеродистые сплавы принято классифицировать по равновесной структуре в соответствии с диаграммой состояния Fe-Fe3C. Согласно этой классификации, различают стали доэвтектоидные (0,02...0,8 % С, структура Ф + П); эвтектоидные (0,8 % С, структура - перлит, строение которого может быть пластинчатым или зернистым); заэвтектоидные (8...2,14 % С, структура - П + ЦII). Белые чугуны подразделяют на доэвтектические (2,14...4,3 % С, структура П + ЦII + Л); эвтектические (4,3 % С, структура - Л) и заэвтектические (4,3...6,67 % С, структура – ЦI + Л).
Для любого сплава с содержанием углерода от 0 до 6,67 % диаграмма состояния железо - цементит позволяет проследить за превращениями, происходящими при его нагреве и охлаждении, определить температуру начала и конца плавления (затвердевания) сплава, выяснить температурные интервалы фазовых превращений, а также установить зависимость растворимости углерода в феррите и аустените от температуры.
В соответствии с этой диаграммой назначают режимы термической обработки сталей и горячей обработки металлов давлением. Из нее также получают другие необходимые для производства сведения.