6.3. Структури залізовуглецевих сплавів

Усі сплави системи «залізо – цементит» за структурною ознакою ділять на дві великі групи: сталі і чавуни.

Особливу групу складають сплави із вмістом вуглецю менше 0,02 % (точка Р), їх називають технічне залізо. Мікроструктури сплавів представлені на рис. 6.2. Структура таких сплавів після закінчення кристалізації складається або із зерен фериту (рис. 6.2 а), за вмісту вуглецю менше 0,006 %, або із зерен фериту і кристалів цементиту третинного, розташованих по межах зерен фериту (рис. 6.2 б), якщо вміст вуглецю становить від 0,006 до 0,02 %.

а) б)

Рис. 6.2. Мікроструктури технічного заліза: а – вміст вуглецю менше 0,006 %; б – вміст вуглецю становить 0,006–0,02 %

Вуглецевими сталями називають сплави заліза з вуглецем (містять 0,02–2,14 % вуглецю), що закінчують кристалізацію утворенням аустеніту. Вони мають високу пластичністю, особливо в аустенітному стані.

Структура сталей формується в результаті перекристалізації аустеніту. Мікроструктури сталей представлені на рис. 6.3.

а) б) в) г)

Рис. 6.3. Мікроструктури сталей: а – доевтектоїдна сталь; б – евтектоїдна сталь (пластинчастий перліт); в – евтектоїдна сталь (зернистий перліт); г – заевтектоїдна сталь

За вмістом вуглецю і структурою сталі поділяються на доевтектоїдні – структура ферит + перліт (рис. 6.3 а); евтектоїдні – структура перліт (П), перліт може бути пластинчастий або зернистий (рис. 6.3 б і 6.3 в); заевтектоїдні – структура перліт + цементит вторинний (П + ЦII), цементитна ґратка розташовується навколо зерен перліту.

За мікроструктурою сплавів можна приблизно визначити кількість вуглецю у складі сплаву, враховуючи наступне: кількість вуглецю в перліті складає 0,8 %, у цементиті – 6,67 %. Зважаючи на малу розчинність вуглецю у фериті, приймається, що в ньому вуглецю немає.

Сплави заліза з вуглецем, що містять вуглецю більше 2,14 % (до 6,67 %) й закінчують кристалізацію утворенням евтектики (ледебуриту), називають чавунами.

Наявність легкоплавкого ледебуриту в структурі чавунів підвищує їх ливарні властивості.

Чавуни, що кристалізуються відповідно до діаграми стану «залізо – цементит», відрізняються високою крихкістю. Колір їх зламу – сріблясто-білий. Такі чавуни називаються білими чавунами.

Мікроструктури білих чавунів представлені на рис. 6.4.

а) б) в)

Рис. 6.4. Мікроструктури білих чавунів: а – доевтектичний білий чавун; б – евтектичний білий чавун; в – заевтектичний білий чавун

За кількістю вуглецю і структурою білі чавуни поділяються на: доевтектичні – структура перліт + ледебурит + цементит вторинний; евтектичні – структура ледебурит (рис. 6.4 б); заевтектичні – структура ледебурит + цементит первинний (рис. 6.4 в).

У структурі доевтектичних білих чавунів присутній цементит вторинний, який утворюється в результаті зміни складу аустеніту під час охолодженні (по лінії ES). У структурі цементит вторинний зливається з цементитом, що входить до складу ледебуриту.

Фазовий склад сталей і чавунів за нормальних температур один і той же, вони складаються з фериту і цементиту. Проте властивості сталей і білих чавунів значно відрізняються. Таким чином, основним чинником, що визначає властивості сплавів системи «залізо – цементит», є їх структура.