Фази і структурні складові залізовуглецевих сплавів

Основними компонентами, від яких залежить структура і властивості залізовуглецевих сплавів, є залізо і вуглець. Чисте залізо – метал сріблясто-білого кольору з температурою плавлення в 1539 ° С. Залізо має дві поліморфні модифікації: альфа (альфа) і гамма (гамма). Модифікація альфа існує при температурах нижче 911 ° С і вище 1392 ° С; гамма-залізо – при температурі 911-1392 ° С. Залежно від температури і концентрації вуглецю в залізовуглецевих сплавах (сталях і чавунах) утворюються такі тверді фази: ферит, аустеніт, цементит, графіт.

1. Ферит (Ф) – твердий розчин впровадження вуглецю в альфа-залізі.
Альфа-залізо має ОЦК структуру, яка стабільна до 911 ° С. Найбільша розчинність вуглецю в альфа-залізі – 0,02% при 727 ° С. Зі зниженням температури знижується і розчинність вуглецю, і при кімнатній температурі вона становить 0,005% по масі. З цієї причини ферит називають технічно чистим залізом, він має незначну твердість (HB = 80-100) і міцність (межа міцності межа міцності = 250 МПа), але високу пластичність (відносне подовження відносне подовження до 50%, відносне звуження відносне звуження до 80 %).
При температурі від 1392 ° С до 1539 ° С залізо також має ОЦК структуру – це дельта-залізо. Твердий розчин впровадження вуглецю в дельта-залозі називають високотемпературним ферритом.

2. Аустеніт (А) – твердий розчин впровадження вуглецю в гамма-залозі.
Аустеніт має ГЦК структуру. У залізовуглецевих сплавах аустеніт може існувати тільки при високих температурах. У гамма-залозі вуглець розчиняється значно краще, ніж у альфа-залозі, максимальна розчинність вуглецю в гамма-залізі становить 2,14% і спостерігається при температурі 1147 ° С. Зі зниженням температури розчинність вуглецю знижується – до 0,8% при 727 ° С. Аустеніт має твердість HB = 160-200 і дуже пластичний (відносне подовження 40-50%), спостерігається в сталях при температурах від 727 ° С.

3. Цементит (Ц) – хімічна сполука заліза з вуглецем (карбід заліза Fe3C). У цементиті міститься 6,67% вуглецю. Температура плавлення цементиту близько 1600 ° С. Він дуже твердий (HB близько 800 одиниць), крихкий і практично не володіє пластичністю. Виділяють цементит первинний, вторинний і третинний. Їх відмінності полягають в походженні:
– Первинний цементит утворюється з рідкого розплаву при кристалізації залізовуглецевих сплавів (лінія СD),
– Вторинний цементит випадає з аустеніту (через зменшення розчинності вуглецю в аустеніт з пониженням температури – лінія SE)
– Третинний цементит випадає з фериту з пониженням температури (унаслідок зниження розчинності вуглецю в фериті з пониженням температури – лінія PQ)
Цементит – нестійка метастабільна фаза. При нагріванні і тривалої витримці цементит розпадається на ферит (альфа-залізо) і графіт (Fe3C -> 3Fe + C).
4. Графіт – чистий вуглець з гексагональної шаруватої структурою. Графіт дуже м’який (HB = 3) і володіє низькою міцністю. У чавунах і графітізірованной стали міститься у вигляді включень різних форм (пластинчастої, пластівчасту, кулястої). Зі зміною форми графітових включень змінюються механічні та технологічні властивості сплаву.

Крім чотирьох вищезгаданих фаз в струтуре сплавів заліза з вуглецем виділяють ще дві самостійні структурні складові: перліт і ледебурит.

5. Перліт (П) – механічна суміш фериту і цементиту, що містить 0,8% вуглецю.
Перліт утворюється з аустеніту при охолодженні його до температури нижче 727 ° С. Таким чином, перліт є евтектоіда. Перліт може бути пластинчастим і зернистим (глобулярним), що залежить від форми цементиту і визначає механічні властивості перліту. При кімнатній температурі зернистий перліт має межу міцності 800 МПа, відносне подовження 15%, твердість HB = 160.

6. Ледебурит (Л) – механічна суміш аустеніту і цементиту (Л = А + Ц), що містить 4,3% вуглецю.
Ледебурит утворюється з рідкого розплаву при температурі 1147 ° С. Таким чином, ледебурит за своєю суттю є евтектикой. Ледебурит утворюється при затвердінні рідкого розплаву при 1147 ° С. Ледебурит має твердість HB = 600-700 HB і велику крихкість. Ледебурит спостерігається в структурі чавунів, в сталях він утворюється тільки при великій кількості легуючих елементів і змісті вуглецю більш 0,7%.
При охолодженні ледебуріта до температури в 727 ° С входить до його складу аустеніт стає нестійким і розпадається, перетворюючись в перліт. Таким чином, при температурі менше 727 ° С аж до 20 ° С ледебурит являє собою механічну суміш перліту з цементитом.

...
ПОДІЛИТИСЯ: