Компоненти і фази в системі железо-углерод
Чисте залізо - метал сріблястого кольору. Температура плавлення заліза 1539 °С. Чисте залізо, яке може бути отримане в даний час, містить 99,999 % Fe. Технічні сорти заліза містять 99,8…99,9 % Fe. Залізо відоме в двох поліморфних модифікаціях а і у. Модифікація а-железо (Fea) існує при температурах нижче 910 °С і вище 1392 °С (мал. 1.36).
Для інтервалу температур 1392… 1539 °С а-железо нерідко позначають як 8-железо (FES). Кристалічна решітка у-железа - гранецентрірованний куб з періодом грат а = 0,3645 нм. Вуглець є неметалічним елементом. Температура плавлення вуглецю 3500 °С. Вуглець поліморфний. У звичайних умовах він знаходиться у вигляді модифікації графіту.
Вуглець розчинимо в залозі в рідкому і твердому станах, а також може знаходитися у вигляді хімічної сполуки Fe3C - цементіта, а у високовуглецевих сплавах і у вигляді графіту.
В системі Fe-С розрізняють наступні фази: рідкий сплав, тверді розчини - ферит і аустеніт, а також цементіт і графіт.
Ферит (Ф) - твердий розчин вуглецю в сс-залозі. Розрізняють низькотемпературні ос-ферріт з розчинністю вуглецю до 0,02 % і високотемпературний 8-феррит з граничною розчинністю вуглецю 0,1 %. Атом вуглецю розташовується в гратах фериту в центрі грані куба. Під мікроскопом ферит виявляється у вигляді однорідних поліедрічеськіх зерен.
Ферит (0,006 % З) має приблизно наступні механічні властивості: ав = 250 Мпа; а0 2 = 120 Мпа; 5 =50 %; \|/ = 80 %; 80…90 НВ.
Аустеніт (А)-твердый розчин вуглецю в у-железе (мал. 1.37, би). Гранична розчинність вуглецю в у-железе 2,14 %. Атом вуглецю в гратах у-железа розташовується в центрі елементарного осередку.
Крапка А (1539 °С) на діаграмі відповідає температурі плавлення чистого заліза, а точка D - температурі плавлення цементіта Fe3C Точки N (1392 °С) і G (910 °С) відповідають поліморфному перетворенню у-железа <р* а-железо. Точка Е характеризує граничну розчинність вуглецю (2,14 %) в у-железе при 1147 °С.
Процес кристалізації сплавів починається після досягнення температур, відповідних лінії ABCD (лінія ліквідус). Кінець твердіння відповідає температурам, створюючим лінію солідус AHJECF.
Верхній лівий кут діаграми характеризує перетворення пов′язані з аллотропічеськім перетворенням а (8) <=? у при високих температурах. При температурах, відповідних лінії АВ, з рідини вьщеляются кристали твердого розчину вуглецю в а-железе (5-твердий розчин) - ферит (Ф).
В сплавах із змістом до 0,1 % З кристалізація закінчується при температурах, відповідних лінії АН з утворенням фериту (8-твердого розчину). HJB - лінія перітектічеського перетворення, що протікає при постійній температурі. Результатом перітектічеського перетворення є утворення твердого розчину вуглецю в у-железе, тобто аустеніту (А).
В сплаві, що містить 0,16 % З (точка J), початкові кристали Ф (8-твердого розчину) і вся рідка фаза при перітектічеськом перетворенні повністю витрачаються на утворення аустеніту (А).
При температурах, відповідних лінії ВС, з рідкого сплаву кристалізується аустеніт, а по лінії CD - цементіт. У крапці З при 1147 °С і концентрації вуглецю 4,3 % з рідкого сплаву одночасно кристалізуються аустеніт і цементіт, утворюючи евтектику, яка називається ледебурітом.
Сплави, що містять від 0,16 до 2,14 % З, кристалізуються в інтервалі температур, обмеженому лініями ВС і JE. Після твердіння (нижче за лінію солідус JC) сплави отримують однофазну структуру - аустеніт.
При кристалізації доевтектічеськіх сплавів, що містять від 2,14 до 4,3 % З, з рідкої фази після досягнення температур, відповідних лінії ліквідус ВС, спочатку виділяються кристали аустеніту, а при 1147 °С (лінія ECF) сплави тверднуть з утворенням евтектики - ледебуріта.
Отже, доевтектічеськіє сплави після твердіння і при температурах вище 727 °С мають структуру аустеніт + ледебуріт (А + Fe3C).
Заевтектічеськіє сплави, що містять від 4,3 до 6,67 % З, починають тверднути після досягнення температур, відповідних лінії CD. Спочатку з рідкої фази вьщеляются кристали цементіта, а після досягнення 1147 °С (лінія ECF) сплави остаточно тверднуть з утворенням евтектики - ледебуріта.
Після твердіння структура сплаву складається з кристалів цементіта + ледебуріт. Цементіт, що утворюється з рідкої фази, називають первинним цементітом.
Выкуп, скупка, продать выкуп бу авто в Москве.
Сплави заліза з вуглецем, що містять до 2,14 % З, називають сталлю; сплави, що містять більше 2,14 % З, - чавуном.
Прийняте розмежування між сталлю і чавуном співпадає з граничною розчинністю вуглецю в аустеніті. Стали після твердіння не містять малопластичної структурної складової - ледебуріта і при високому нагріві мають структуру чистого аустеніту, що володіє високою пластичністю. Тому сталі легко деформуються, тобто є ковкими сплавами.
В порівнянні із сталлю чавуни володіють кращими ливарними властивостями і, зокрема, нижчими температурами плавлення, але вони крихкі і практично не піддаються куванню.
Це пояснюється присутністю в структурі чавунів легкоплавкої і крихкої евтектики - ледебуріта або графіту.
Перетворення, що протікають в твердому стані, пов′язані з переходом при охолоджуванні у-железа в а-железо і розпаді аустеніту (мал. 1.38 і 1.39) і фериту.
Лінія GS на діаграмі (див. мал. 1.38) при охолоджуванні відповідає температурам почала перетворення у <г* а. Нижче за лінію GS з аустеніту виділяється ферит. Критичні крапки, створюючі лінію GS в умовах рівноваги, прийнято позначати Аг при охолоджуванні і Ас при нагріві.
Лінія ES показує зміну розчинності вуглецю в у-железе із зміною температури і при охолоджуванні відповідає температурам початку розпаду аустеніту з виділенням з нього цементіта.
Цементіт, що виділяється з аустеніту, на відміну від цементіта, що кристалізується з рідкої фази, називають вторинним. Критичні крапки, створюючі лінію ES, позначають А ст.
Точка S при 727 °С і концентрації вуглецю 0,8 % показує мінімальну температуру рівноважного існування аустені-та при охолоджуванні.
Після досягнення 727 °С відбувається розпад аустеніту з утворенням евтектоїдной структури, яку називають перлитом. Эвтектоид-перлит виходить в результаті одночасної освіти з аустеніту частинок фериту і цементіта. Таким чином, перлит містить 0,8 % З, утворюється при 727 °С і є структурою, що складається з двох фаз - фериту і цементіта.
Температуру фазової рівноваги аустеніт <=? перлит (ферит + цементіт) позначають Аг\ (при охолоджуванні) і Ас (при нагріві).
Точка Р характеризує граничну розчинність вуглецю в а-железе при евтектоїдной температурі 727 °С; вона складає 0,02 % З.
Лінія PQ показує зміну розчинності вуглецю в а-железе залежно від температури і відповідає при охолоджуванні початку виділення з фериту надмірного цементіта.
Отже, сплави лівіше за точку Q складаються тільки з фериту, а сплави, концентрація яких знаходиться в межах від Q до Р, мають двофазну структуру: ферит і надмірний цементіт, що виділяється з твердого розчину при пониженні температури. Цементіт, що виділяється з фериту, називають третинним цементітом.Сплави, що містять не більше 0,02 % З, називають технічним залізом.Сплави, що мають концентрацію вуглецю від 0,02 до 0,8 % (точка S), називають доевтектоїднимі сталямі. Вони мають структуру фериту, що виділяється з аустеніту в області температур Аг^ і Агу, і перлиту, що утворюється з аустеніту після досягнення температури Агх (727 °С, лінія PSKaa мал. 1.38).
Сталь з 0,8 % З називають евтектоїдной. Вона має в структурі тільки евтектоїд - перлит.
Сталі, що містять від 0,8 до 2,14 % З (точка Е), називаються заев-тектоїднимі. Вони мають структуру, що складається з вторинного цементіта, вьщелівшегося з аустеніту при температурах нижче за лінію ES, і перлиту, розпаду аустеніту, що утворився в результаті, після досягнення евтектоїдной температури (727 °С, лінія PSK на мал. 1.38).
В доевтектічеськіх чавунах, що містять 2,14…4,3 % З, при пониженні температури, унаслідок зменшення розчинності вуглецю в аустеніті, по лінії ES, відбувається частковий розпад аустеніту: первинних кристалів, що виділилися з рідини, і аустеніту, що входить в ледебуріт. Цей розпад полягає у виділенні кристалів вторинного цементіта і в зменшенні змісту вуглецю в аустеніті.
Після досягнення температури, відповідної лінії PSK (727 °С), аустеніт, збіднений вуглецем до евтектоїдного складу (0,8 % З), перетворюється на перлит. Доевтектічеськіє чавуни після остаточного охолоджування мають структуру перлиту, ледебуріта (перлит + цементіт) і вторинного цементіта.
Евтектичний чавун (4,3 % З) при температурах нижче 727 °С складається тільки з ледебуріта (перлит + цементіт).
Заевтектічеській чавун, що містить 4,3…6,67 % З, при температурах нижче 727 °С складається з первинного цементіта і ледебуріта (перлит + цементіт).
Сплави заліза з вуглецем після закінчення кристалізації мають різну структуру. Проте фазовий склад всіх сплавів однаковий; при температурах нижче 727 °С вони складаються з фериту і цементіта.
Джерело: perpetuumauto.ru