Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 4. Диаграмма состоянияДиаграмма состояния железо—углерод в интервале концентраций от железа до цементита представлена на рис. 134. Ось абсцисс (концентрационная) на этом рисунке двойная: содержание углерода и содержание цементита. Укажем попутно на простое правило — умножение содержания углерода на 15 дает содержание цементита в стали и чугуне, Линия Так как железо, кроме того, что образует с углеродом химическое соединение жидкость (жидкий раствор углерода в железе), существующая выше линии ликвидус, обозначаемая везде буквой цементит феррит — структурная составляющая, представляющая собой (кликните для просмотра скана) аустенит — структура, представляющая собой твердый раствор углерода в у-железе. Область аустенита на диаграмме Три горизонтальные линии на диаграмме При
В результате перитектической реакции образуется аустенит. Реакция эта наблюдается только у сплавов, содержащих углерода от 0,1 до При
В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом 1. Реакция эта происходит у всех сплавов системы, содержащих углерода более При
Продуктом превращения является эвтектоидная смесь. Эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом, имеет вид перламутра, почему эта структура и получила такое название. У всех сплавов, содержащих свыше Ранее отмечали, что внешний вид диаграммы железо — углерод (в своей доцементитной части), т. е. расположение линий на диаграмме, является вполне определенным и устоявшимся. Уточнению подвергаются лишь координаты (т. е. температура и концентрация наиболее характерных точек). Таблица 14. (см. скан) Точки диаграммы железо—углерод Значения координат точек на диаграмме железо — углерод согласно новейшим экспериментальным данным, приведены в табл. 14. Диаграмма довольно сложна, поэтому подробно ознакомиться с ней и с процессами превращений в железоуглеродистых сплавах удобнее, разделив диаграмму на отдельные части. Укажем только, что ничего принципиально нового сказано не будет; излагаемые дальше объяснения — это применение к диаграмме железо — углерод сведений, полученных при разработке двойных диаграмм в гл. V.
Рис. 135. Часть диаграммы состояния На рис. 135 показан левый верхний участок диаграммы железо — углерод (в области перитектического превращения) 2. Рассмотрим последовательность превращений сплава концентрации Кристаллизация сплава начнется в точке 7, когда из него будут выделяться кристаллы В точке 2 количество жидкой фазы становится равным нулю, процесс кристаллизации заканчивается, образуется однородный твердый раствор а. Вновь сплав испытывает превращение в интервале температур 3—4, когда В точке В точке 4 сплав полностью приобретает строение у-твердого раствора. В правой части фигуры (рис. 135) показана термическая кривая охлаждения этого сплава. Охлаждение сплава с содержанием углерода В точке
образуется аустенит ( Таким образом, какой бы сплав мы ни взяли, при содержании углерода менее 0,5%, несмотря на предварительные образования
Рис. 136. Структура аустенита, выявленная травлением при высоких температурах, X 600 То, что аустенит представляет собой однородный твердый раствор углерода в А. А. Байков, применяя этот способ, показал, что аустенит действительно является однородным твердым раствором (рис. 136). Рассмотрим процессы первичной кристаллизации сплавов, содержащих углерода более Особенность первичной кристаллизации этих сплавов заключается в том, что в них она заканчивается эвтектическим превращением при В сплаве, точно соответствующем эвтектической концентрации В доэвтектических сплавах, т. е. сплавах, содержащих углерода меньше Таким является сплав В точке а, лежащей в двухфазной области
Рис. 137. Часть диаграммы состояния В точке 2 при При этой температуре кристаллизуется эвтектика по реакции
Кристаллизацией эвтектики заканчивается первичная кристаллизация этого сплава. В результате первичной кристаллизации структура состоит из первичных кристаллов аустенита и ледебурита. Для заэвтектического сплава, например сплава Выделение цементита вызывает обеднение жидкости углеродом. В точке 5, лежащей на линии Из рассмотренных первичных процессов кристаллизации можно сделать следующий важный вывод. У всех сплавов, содержащих менее 2,14% С, в результате первичной кристаллизации получается структура аустенита; у всех сплавов, содержащих более 2,14% С, структура состоит из ледебурита с избыточным аустенитом или цементитом. Это различие в структуре при высокой температуре и создает существенное различие в технологических и механических свойствах сплавов. Наличие эвтектики делает сплав нековким. Вместе с тем высокоуглеродистый сплав имеет низкую температуру плавления и его применяют как литейный материал. Железоуглеродистые сплавы, содержащие менее
Рис. 138. Часть диаграммы состояния Рассмотрим превращение в твердом состоянии весьма малоуглеродистых сплавов. Левая нижняя часть диаграммы железо — углерод в сильно увеличенном масштабе приведена на рис. 138. Сплав концентрации Ниже точки 2 сплав состоит из однородного Превращение сплава, содержащего углерода более 0,01 %, но менее 0,02 % (сплав Выше точки 5 сплав не насыщен углеродом. Ниже точки 5 сплав не может сохранять данную концентрацию углерода в растворе, происходит выделение избыточного углерода в виде высокоуглеродистой фазы — цементита. Этот процесс продолжается непрерывно при охлаждении и вызывает обеднение
Рис. 139. Микроструктура железа, Выделяющийся из феррита цементит называется третичным цементитом (в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкости и вторичного цементита, выделяющегося из аустенита). Рассмотрим превращение аустенита в сплавах, более богатых углеродом, в первую очередь процесс превращения аустенита в сплавах с концентрацией, соответствующей эвтектоидной (рис. 140, сплав с 0,8 % С). При охлаждении аустенита до точки Точка Если пренебречь содержанием углерода в феррите в момент превращения
В результате превращения получается перлит. Структура перлита состоит из чередующихся пластинок и цементита (рис. 141). Сплав При дальнейшем охлаждении выделение феррита, почти не содержащего углерода, вызывает обогащение углеродом остающегося аустенита. Концентрация аустенита меняется по кривой
Рис. 140. Часть диаграммы состояния
Рис. 141. Структура перлита,
Рис. 142. Структура доэвтектоидной стали В точке
При достижении сплавом точки 3 состав аустенита примет эвтектоидную концентрацию и при постоянной температуре будет происходить превращение аустенита в перлит (горизонтальный участок 3—3 на кривой охлаждения). После окончания превращения структура стали будет состоять из феррита и перлита (рис. 142). Количество феррита и перлита зависит от содержания углерода в стали. При содержании углерода менее 0,02 % структура состоит из одного феррита, при содержании углерода 0,8 % — из одного перлита, при промежуточном содержании углерода — из феррита и перлита. Чем больше углерода, тем больше в структуре стали перлита.
Рис. 143. Структура сталей с различным содержанием углерода. Микроструктуры, приведенные на рис. 143, показывают эту закономерность. Метод определения содержания углерода по площади, занимаемой в структуре ферритом и перлитом, широко применяют на практике и он конкурирует с химическим Сплав, содержащий углерода больше 0,8 %, показан вертикальной линией При выделении цементита аустенит обедняется углеродом в соответствии с линией В точке 6 начинается образование перлита, которое происходит при постоянной температуре (горизонтальный участок 6—6 на кривой охлаждения). В результате получается структура, состоящая из цементита, выделяющегося по границам зерен в виде сетки, и перлита (рис. 144).
Рис. 144. Структура заэвтектоидной стали. Перлит + сетка цементита, Чтобы не спутать цементит с ферритом, прибегают к специальному травителю — пикрату натрия, который окрашивает цементит в черный цвет, феррит при этом не окрашивается (рис. 144, б). Различают три группы сталей: эвтектоидные, содержащие около Рассмотрим превращения, совершающиеся в высокоуглеродистых сплавах — чугунах (рис. 145). После окончания первичной кристаллизации структура таких сплавов состоит из ледебуритной эвтектики и из первичных образований аустенита или цементита. И первичный аустенит, и аустенит, входящий в эвтектику, к моменту окончания кристаллизации содержат максимальное количество углерода в растворе Рассмотрим конкретные сплавы, кривые охлаждения которых изображены на правой диаграмме рис. 145. По окончании кристаллизации сплав с 4,3 % С имеет чисто эвтектическую структуру. При охлаждении этого сплава с 1147 до 727 °С (от точки 1 до точки 2) из аустенита, входящего в состав эвтектики, выделяется цементит, который обычно структурно не обнаруживается, так как объединяется с цементитом эвтектического происхождения.
Рис. 145. Диаграмма состояния
Рис. 146. Микроструктура чугуна: а — эвтектического (ледебурит); б — заэвтектического (ледебурит + первичный цементит); в — доэвтектического (ледебурит + перлит), X 200 В точке 2, т. е. при Следовательно, ниже В заэвтектических чугунах происходят превращения, рассмотренные выше, так как первичный цементит не имеет превращений. Структура заэвтектического чугуна, состоящая из ледебурита и цементита (большие продолговатые светлые образования), показана на рис. 146, б. Наконец, в доэвтектических чугунах первичные выделения аустенита изменяют свою концентрацию при охлаждении от точки 3 до точки 4 (сплав Область существования различных структур показана на диаграмме состояния (см. рис. 134). Несмотря на видимую сложность структурных форм, особенно у высокоуглеродистых сплавов, следует указать, что все области диаграммы являются однофазными или двухфазными. В частности, в области БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК(см. скан)
|
1 |
Оглавление
|