Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов

Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита, на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.

Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита. На линии HJB при постоянной температуре 14990С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита, в результате чего образуется аустенит.

На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147^o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного.

Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.

При температуре ниже 727^o С в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП).

По линии HN начинается превращение феррита в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита в аустенит заканчивается.

По линии GS превращение аустенита в феррит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается.

По линии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.

По линии МО при постоянной температуре 768^o С имеют место магнитные превращения.

По линии PSK при постоянной температуре 727^o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного.

По механизму данное превращение похоже на эвтектическое, но протекает в твердом состоянии.

Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода.

Название получил за то, что на полированном и протравленном шлифе наблюдается перламутровый блеск.

Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования.

По линии PQ начинается выделение цементита третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.

Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения.

Обозначаются буквой А (от французского arret – остановка):

А1 – линия PSK (7270С) – превращение П --А;

A2 – линия MO (7680С, т. Кюри) – магнитные превращения;

A3 – линия GOS ( переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф-- А;

A4 – линия NJ (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение А—Ф(б);

Acm – линия SE (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – начало выделения цементита вторичного (иногда обозначается A3).

Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е А_С1, при охлаждении – букву r, т.е. А_r1.

2. Фазовые превращения доэвтектического чугуна при охлаждении.

3. Фазовые превращения доэвтектоидной стали при охлаждении.

4. Практическое значение диаграммы состояния сплавов железо-цементит.

5. Состав и свойства углеродистых сталей.

6. Классификация и маркировка углеродистых сталей по ГОСТ.

Стали классифицируют по способу произ­водства, химическому составу, способу раскисления, на­значению, качеству ,и структуре.

По способу производства различают мартеновскую, кислородно-конверторную, бессемеровскую, томасов-скую и электросталь.

По условиям и степени раскисления различают спо­койные, кипящие и полуспокойные стали. Спокойные стали получают полным раскислением металла в печи, а затем в ковше. Кипящие стали полностью не раскислены. Полуспокойные стали представляют собой стали промежуточного типа. Они получают все большее при­менение.

По химическому составу углеродистые стали делят на малоуглеродистые (до 0,3% углерода), среднеугле-родистые (0,3.. .0,6 % углерода) и высокоуглеродистые (более 0,6 % углерода).

По назначению углеродистые стали делят на конст­рукционные и инструментальные. Конструкционные, в; свою очередь, подразделяют на строительные (до 0,3 %, углерода) и машиностроительные (до 0,5 % углерода)¹. Инструментальные стали изготовляют для режущего,, измерительного и штампового инструмента.

По качеству стали делят на обыкновенного качества¹ (5^0,06%; PsCO.04%), качественные (S<0,04 %, Р^0,04%) и стали повышенного качества (5s^0,03%; Р< 0,03%),

По структуре в отожженном состоянии углеродистые стали подразделяют на доэвтектоидпые, эвтектоидиые И заэвтектоидные.

В СССР приняты стандарты па углеродистую сталь, которые устанавливают маркировку, химический состав, способ производства и раскисления, механические свой­ства и правила приемки. Предусмотрено два типа угле­родистых сталей: обыкновенного качества и качест­венные.

Принято буквенно-цифровое обозначение сталей

 

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

 Стали содержат повышенное количество серы и фосфора.Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп. Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается (Ст. 0, Ст. 1, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6). Для сталей группы Б гарантируется химический состав (БСт. 0, БСт. 1, БСт. 2, БСт. 3, БСт. 4, БСт. 5,. БСт. 6). Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав (ВСт. 2, ВСт. 3, ВСт. 4, ВСт. 5).

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

Вместе с буквенно-цифровым обозначением стали маркируют несмываемой краской, при этом независимо от группы и степени раскисления используют следую­щие цвета: Ст. 0 — красный и зеленый; Ст. 1 — белый и черный; Ст. 2 — желтый; Ст. 3 — красный; Ст. 4 — чер­ный; Ст. 5 — зеленый; Ст. 6 — синий.

Сталь всех групп с номерами 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления изготовляют кипящей, полуспокойной и спокойной; с номерами 5 и 6 — полуспокойной и спо­койной.

 Качественные углеродистые стали

 Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, в основном, спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

2. Классификация и маркировка серых чугунов.

Серый чугун на изломе имеет темно-серый цвет вследствие того, что весь углерод или его часть выделена в виде графита пластинчатой формы. В зави­симости от степени распада цементита различают фер-ритный, ферритоперлитиый и перлитный чугун. Струк­тура серого чугуна подобна структуре стали, но в ней присутствует графит.

Серый ферритный чугун получают при полном рас­паде цементита структурно-свободного и также струк­турно связанного в ледебурите и перлите. Структура чугуна состоит из феррита и графита.

Серый ферритоперлитный чугун характеризуется меньшей степенью графитизации. Он образуется при распаде структурно-свободного и структурно связанно­го цементита в ледебурите и частично в перлите. В ре­зультате образуется структурно-свободный феррит. Структура чугуна состоит из феррита, перлита и гра­фита,

Серый перлитный чугун образуется, когда цементит, входящий в состав ледебурита, и вторичный цементит полностью распадаются. Структура перлитного серого чугуна после окончательных превращений состоит из перлита и графита (рис. IV,б).

Свойства серого чугуна зависят от структуры метал­лической основы и от формы, размера и количества гра­фитных включений. Чем меньше в металлической осно­ве феррита, тем выше прочность чугуна. Пластинчатые включения графита нарушают однородность металли­ческой основы, играя роль надрезов. Лучшими механи­ческими свойствами обладает чугун со структурой пер­лита, содержащий графит в виде мелких, равномерно распределенных пластинок.

Серый чугун маркируют буквами и цифрами. Буква С обозначает серый, Ч — чугун, цифры после букв ука­зывают среднее временное сопротивление при растяже­нии, например СЧ18.

Нередко серые чугуны подвергают модифицирова­нию добавлением в них перед разливкой специальных добавок-—модификаторов (75%-ный феррисилиций, си-ликокалыций и др.).

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок (ГОСТ 1412).

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.

Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %; кремния – 1,9…2,5 %; марганца –0,5…0,8 %; фосфора – 0,1…0,3 %; серы – < 0,12 %.

Структура металлической основы зависит от количества углерода и кремния. С увеличением содержания углерода и кремния увеличивается степень графитизации и склонность к образованию ферритвой структуры металлической основы. Это ведет к разупрочнению чугуна без повышения пластичности. Лучшими прочностными свойствами и износостойкостью обладают перлитные серые чугуны.

2. Доменное производство чугуна.

В доменных печах выплавляют:

передельный чугун, составляющий 80.. .90 % всего производства чугуна, который направляют на перера­ботку в сталь (мартеновский чугун М-1 и М-2; бессе­меровский чугун Б-1 и Б-2; томасовский чугун Т-1);

литейный чугун, составляющий 8...17% всего про­изводства чугуна, применяют для получения отливок (от ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и до ЛК-5);

специальный чугун (ферросплавы), составляющий 2.. .3 % всего производства чугуна.

2. Медь и ее сплавы.

3. Латуни: классификация, свойства, маркировка.

4. Бронзы: состав, свойства, маркировка.

В электромашиностроении и при производстве проводов очень широко применяется чистая медь, которая по электропроводимости занимает среди металлов 2-е место после серебра. Медь – вязкий металл красновато-розового цвета. Кристаллическая решетка меди – куб с центрированными гранями.

Микроструктура чистой меди состоит из зерен с характерными двойниками. Медь отличается хорошей теплопроводимостью и стойкостью против атмосферной коррозии.

Присутствие даже незначительных количеств других элементов может сильно понизить ее электропроводимость. Нерастворимые в меди и неметаллические включения (Pb,Bi,S-стые и О₂-е включения) мало изменяют ее электропроводимость.

Элементы, образующие твердые растворы с медью по-разному влияют на ее электропроводимость. Например, полностью растворимое в медь серебро очень мало снижает ее электропроводимость. Элементы, ограниченно растворимые в твердом состоянии, например, Asрезко снижают электропроводимость меди, причем, чем меньше растворимость, тем больше снижается электропроводимость.

Различные элементы могут сжижать или расширять решетку меди, но чем сильнее они искажают ее, тем больше снижение электропроводимости. Так, Niполностью может растворяться в меди, но вызывает большое снижение электропроводимости вероятно потому, чтоNiсильно сжимает решетку меди.

Медную проволоку используют тогда, когда не требуется высокая механическая прочность. Утроить предел прочности в случае необходимости можно добавками Cd(0,8-1,0%). Электропроводимость при этом составляет приближенно 90% от электропроводимости чистой меди.