Диаграмма состояния сплавов железо углерод: Страница не найдена — HeatTreatment.ru — оборудование и технологии термообработки металлов

alexxlab | 29.04.2019 | 0 | Разное

Содержание

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД – графическое построение в координатах состав (концентрация примеси или примесей) – температура. Для металлических сплавов наиболее широко применяется бинарная диаграмма железо-углерод, которая схематически изображена на рисунке. При большом количестве примесей диаграммы многомерны, например, при добавлении в сталь одного легирующего элемента соответствующая тройная диаграмма состояния является объемной.

Диаграмма состояния железо – углерод приведена на рисунке. Линии на диаграмме отделяют области существования различных жидких и твердых фаз. Диаграмма построена по данным экспериментальных исследований структуры железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) после (или в процессе) медленного нагрева и охлаждения.

Шкала концентрации углерода на диаграмме доведена только до 6,67% С, т.к. сплавы с большей концентрацией углерода не имеют практического применения.

На диаграмме есть области существования следующих фаз: жидкости (Ж), аустенита (А), цементита (Ц), феррита (Ф).

Жидкий раствор углерода в железе существует при температурах выше линии АВСD на диаграмме, химическое соединение Fe3C (Ц) цементит соответствует правой области диаграммы и составу 6,67% С, в смеси с другими составляющими цементит может существовать на всем поле диаграммы состояния.

Аустенит (А) твердый раствор углерода в g-железе может содержать до 1,7%С и существовать при температурах выше 723° С.

Феррит (Ф) – твердый раствор углерода в a-железе может содержать не более 0,03%С.

Жидкие фазы (аустенит и феррит) при различных температурах могут содержать различное количество углерода.

Проводя на диаграмме вертикаль, соответствующую составу исследуемого сплава, можно определить как качественно, так и количественно фазовый состав сплава при различных температурах.

Превращения при нагреве и охлаждении сталей и чугунов в соответствии с диаграммой состояния можно разделить на безвариантные (нонвариантные), проходящие при постоянной температуре, и одновариантные (моновариантные), происходящие в некотором интервале температур.

К безвариантным превращениям относятся:

По линии HJB на диаграмме феррит и жидкость (расплав) переходят в аустенит (перитектическое превращение).

По линии ECF жидкость превращается жидкости в аустенит и цементит (эвтектическое превращение).

По линии PSK аустенит превращается в феррит и цементит (эвтектоидное превращение).

Безвариантные превращения соответствуют горизонтальным линиям на диаграмме состояния.

Пунктирные горизонтали соответствуют магнитным превращениям в феррите (точка Кюри 770° С, линия МО), когда феррит переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние, и соответствующему переходу в цементите.

Одновариантные превращения соответствуют областям на диаграмме состояния и разделяются на первичные превращения, в которых одна из фаз является жидкостью, и вторичные превращения в твердом состоянии.

Т.к. диаграмма состояния соответствует нагреву и охлаждению в равновесных условиях, на ней нет метастабильной фазы – мартенсита, возникающей при быстром охлаждении (закалке) от температур, выше температуры образования аустенита (723° С).

Выбор режима термической обработки сплавов при научных исследованиях и в технологических процессах основывается на диаграмме состояния железо-углерод.

Лев Миркин

Проверь себя!
Ответь на вопросы викторины «Неизвестные подробности»

Какой музыкальный инструмент не может звучать в закрытом помещении?

Диаграмма состояния системы железо - углерод

 

Металлические сплавы — это сложные по составу вещества на основе металлов, сохраняющие их основные свойства: высокую электро — и теплопроводность, литейные свойства, ковкость и др. Сплав может быть в жидком и твердом состоянии. В жидком состоянии существует только одна жидкая фаза, а в твердом у сплавов может быть несколько фаз в виде твердых растворов, химических соединений и механических смесей.

 

Твердые растворы состоят из двух и более компонентов, в которых атомы растворимого компонента располагаются в кристаллической решетке основного компонента, замещая его атомы, либо внедрясь в кристаллическую решетку.

 

Химические соединения могут быть в виде металлов с неметаллами (Fe

3C) или металлов с металлами (CuAl2, CuNi). Они обладают конкретными физико — механическими свойствами. Например, цементит (Fe3C) имеет высокую твердость, повышенную хрупкость и низкую электропроводность.

 

Механические смеси состоят из нескольких компонентов, которые при  затвердевании (кристаллизации) не взаимодействуют друг с другом. Каждая из фаз сохраняет свою кристаллическую решетку. Например, у сталей могут одновременно быть  смеси феррита и аустенита, или перлита и цементита. Диаграммы состояния строятся на основе кривых нагрева и охлаждения. Рассмотрим сплав (рис. 1.25) медь- никель (Cu — Ni).  Атомы Cu и Ni могут соединяться в любых пропорциях (0…100%), образуя твердый раствор, при этом атомы Ni могут замещать в кристаллической решетке Cu все атомы. По горизонтальной оси откладывается содержание компонентов в твердом растворе, а по вертикальной- температура. Точка 1083 °C показывает температуру плавления меди, а точка 1452 °C –никеля. Нижняя линия (солидус) –это граница твердого раствора. Ниже ее оба металла и смесь находятся в твердом состоянии (в кристаллическом виде). Выше верхней линии (ликвидуса) располагается область жидкого раствора обоих этих металлов и сплавов. В «чечевице», очерченной нижней и верхней линиями, лежит область смеси кристаллов и более тугоплавкового металла с капельками более легкоплавкого.

 

В правой части рисунка 1.25 находятся кривые нагрева и охлаждения смеси (в данном случае представлена 50% смесь) этих металлов. На основании таких кривых, полученных для различных смесей в интервале 0…100% и построена диаграмма состояний. На кривых нагрева и охлаждения видны горизонтальные линии: при разрушении кристаллов тепло подводится, но повышения температуры нет, т.к. это тепло расходуется на разрушение кристаллов; при кристаллизации, наоборот, выделяется тепло, поэтому температура сплава по времени не снижается.

 

Для компонентов (пример для смеси свинец –сурьма), неограниченно растворимых в жидком состоянии и совершенно нерастворимых в твердом состоянии, с образованием механической смеси (эвтектики), диаграмма представлена на рис. 1.26.

 

 На первом участке диаграммы ниже линии температур 327…243 °C кристаллизуется свинец, а далее на участке температур 243…631 °C — сурьма. В точке С кристаллизуется свинец и сурьма, и жидкость без промежуточных фаз переходит в твердое состояние. Эта смесь называется 

эвтектикой. До нее будет доэвтектический сплав (Рb + Э), а после заэвтектический сплав (Sb + Э). В точке С самая низкая температура плавления  (243 °C) сплава.

 

Имеется связь характера диаграмм состояний со свойствами (электропроводность, твердость, прочность и т. д.). Так для первой группы сплавов –твердых растворов, с ростом концентрации компонента (например, Ni на рис. 1.25) механические свойства (твердость., прочность) увеличиваются, а для второй группы (рис. 1.26) имеется точка экстремума, т. е. сначала механические характеристики повышаются, а далее снижаются.

 

Структурные составляющие железо — углеродистых сплавов представлены в виде твердых растворов (рис. 1. 27) (феррит и аустенит), химического соединения (цементит) и механических смесей (перлит, ледобурит.,…).

 

Феррит это твердый раствор внедрение углерода в a—железо. Он  очень мягкий и пластичный, хорошо проводит тепло и электричество, сильно магнитен. Углерода в нем очень мало (около 0,002%). В микроструктурах металла цементит имеет белый цвет.

Углерод замещает центральный атом объемно — центрированной кубической решетки (a — железо) или вакансии кристаллической решетки.

 

Фазовые превращения    (рис. 1.28) происходят по мере изменения температуры. При нагреве до 768 °С a — железо теряет свои магнитные свойства, но кристаллическая решетка не меняется.

 

При 898 °С – эта решетка превращается в гранецентрированную кубическую решетку, называемую   g — железом. Аустенит это твердый раствор внедрения углерода в y –железо. Он не магнитен, сравнительно мягкий, углерода содержится в нем максимально до 2%.

 

При 1401 °С  g — железо превращается в s — железо с объемно — центрированной решеткой, существующей до температуры плавления железа   (1539 °С).

 

Цементит — это химическое соединение (карбид железа Fe3C), содержащее 6,67% углерода  и имеющее высокую твердость и хрупкость, плохо проводящее электрический ток и тепло. Цементная сетка является светлой на микроструктурах сплава. Цементит является неустойчивым химическим соединением и при высоких температурах происходит его распад на железо и углерод:

 

Fe3 C ® Fe + C.

 

Ледебурит—это механическая смесь (эвтектика) , состоящая из аустенита и цементита и содержащая 4,3% углерода, образуется при температурах ниже 1147 °С, имеет высокую твердость и хрупкость.

 

Перлит – механическая смесь (эвтектоид), состоящая из тонких пластинок или зерен цементита и феррита, образуется в результате распада аустенита при температурах ниже 727 °С. Углерода в перлите 0,8%.

 

На основе кривых (рис. 1.28) охлаждения и нагрева сплавов Fe-C строится диаграмма состояний (рис.1.29) системы железо-углерод. На ней имеются линии: ликвидуса –АСД ; солидуса — AECF. Выше линии ликвидуса металл находится в жидком состоянии, а ниже линии солидуса- в твердом (кристаллическом)  состоянии. Остальные линии отражают превращения в сплавах, происходящие после затвердевания. Ниже линии солидуса, при дальнейшем снижении температуры происходят структурные изменения, т.е. перекристаллизация уже в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).

 

 В точке S аустенит распадается на твердую однородную смесь кристаллов феррита и цемента — перлит. Сплав в точке S — эвтектоидный, при содержании углерода меньше 0,8% доэвтектоидный, а более 0,8% — заэвтектоидный. После 0,8% происходит распад аустенита с выпаданием из него вторичного цементита.

 

Точка А –это температура плавления чистого железа Fe, а точка Д — температура плавления цементита Fe3C. Точка Е (2,14% С) делит сплав на две группы: стали и чугуны. Левее точки Е будут стали, а правее- чугуны.

 

Температура плавления стали с увеличением количества углерода С в ней снижается, а чугунов после 4,3% — увеличивается.

 

Сразу после затвердевания структура сталей состоит из аустенита, а чугунов из смесей: аустенит + ледебурит ; цементит + ледебурит.

 

При охлаждении доэвтектоидных сталей  (С < 0,8%, т.е. левее точки S) аустенит распадается, из него выделяется феррит.

 

В эвтектоидной точке С будет механическая смесь кристаллов аустенита и цементита — ледебурит. Правее точки С выделяется цементит. Сплавы чугунов левее точки С — доэвтектоидные, правее — заэвтектоидные.

 

Белые чугуны (белый оттенок на изломе). состоят из ледебурита и цементита Они твердые, хрупкие, трудно механически обрабатываются. Используются для передела в сталь.

 

Если углерод в сплаве находится в свободном состоянии, т.е. в виде графита, то это серые чугуны.

 

Диаграмма железо — углерод имеет большое практическое значение для инженеров. По ней можно определить температуру плавления и затвердевания сталей и чугунов, интервалы температур при обработке сталей давлением (ковка, штамповка,…) и  термической обработке (закалка, отпуск,…), т.е.. она нужна металлургу, кузнецу и термисту.

Диаграмма состояния системы железо – углерод (Fe-C) :: Диаграммы сплавов

 Начало изучения диаграммы состояния системы железо – углерод связано с открытием критических точек в стали Д. К. Черновым в 1868 г.

Для точки A приняты значения 0,16% (по массе), или 0,74% (ат.), для точки В — значения 0,51% (по массе), или 2,33% (ат.). По данным термического анализа , линия ликвидус
δ-фазы
АВ — почти прямая, точке В соответствует 2,47% (ат.), предельная растворимость углерода в δ-Feсоставляет 0,5 % (эт.). Температура перитектической горизонтали равна 1496±2°С, точке 1 отвечает 0,18 % (но массе), или 0,83 % (эт.). Предельная растворимость углерода в γ-Fe при 1147°С составляет 2,14% (по массе), или 9,2% (ат.) ; при 1150°С 2,02% (по массе), или 8,7 % (ат.). Возможно, цементит испытывает инконгруэнтное разложение при 1250—1300° С. Температура эвтектической горизонтали ECF принята равной 1147°С, эвтектике (точке С) соответствует 4,30%

(по массе), или 17,28 % (ат.) С .

Превращение у↔а (A3, кривая GS), исследованное многими авторами, также подтверждено последующими работами. Кристаллическая структура. Феррит имеет о. ц. к. структуру a-Fe. Период решетки a-Feравен 0,2862 им при 20 °С и линейно возрастает до 0,2899 нм при 910 °С . При 769 °С (точка Кюри) ферромагнитное a-Feпереходит в «немагнитное α-Fe» (точнее, в упорядоченное антиферромагнитное β-Fe) . Вследствие малой растворимости углерода в a-Fe[0,02 % (по массе)] период решетки  Тk-феррита практически такие же, как и чистого a-Fe. Атомы углерода в феррите занимают преимущественно октапоры. Выше 1392 °С γ-Fe превращается в парамагнитную δ-фазу, существующую при 1392—1536 °С. Период решетки о. ц. к. δ-Fe равен 0,2925 нм при 1392 °С и линейно растет до 0,2935 нм при 1536 °С . Температурная зависимость периода решетки для α-(β-) и γ-Fe различны. Период решетки δ-феррита с повышением температуры увеличивается сильнее, чем α (β)-фазы и, по-видимому, растет с увеличением содержания углерода. Карбид Fe7C3 получен только при высоких давлениях. Он имеет гексагональную структуру типа Сr7С3. Периоды решетки а=0,6882 нм, с= 0,4540 нм. Установлено существование метастабильного карбида Fe2C

 

 

Разработка урока-конспекта на тему "Диаграмма состояния сплава железо-углерод"

План - конспект урока по дисциплине

«Материаловедение»

Цели урока:

Обучающая: сформулировать новые понятия о видах железоуглеродистых сплавов, их составляющих; объяснять фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах при нагреве и охлаждении в соответствии с физико-химическими закономерностями

Развивающая: способствовать развитию логического мышления и умению работать с учебной литературой

Воспитывающая:

-развивать интерес к предмету «Материаловедение»;

-содействовать развитию эстетического вкуса, культуры речи.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Средства обучения: Дидактический материал (опорные конспекты, слайды), учебная литература

Технические средства: мультимедийный комплекс, презентация

Межпредметные связи: «Технологическое оборудование», «Технология машиностроения», «Процессы формообразования и инструменты»

Ход урока.

1. Организационный этап - 5 мин.

1.1. Мотивация (важность темы при изучении дисциплины - устно)

1.2.Предварительное определение уровня знаний обучающихся

2. Организация самостоятельной деятельности обучающихся по основным вопросам темы- 70мин.

(Учебный материал, закрепляющий материал-задание).

3. Подведение итогов учебной деятельности - 15 мин.

3.1.Проверка степени усвоения изученной информации

3.2.Оценка учебного занятия

3.3.Домашнее задание

Учебный материал:

  1. Компоненты и фазы диаграммы железо-цементит

  2. Диаграмма состояния железо-цементит

  3. Классификация железоуглеродистых сплавов

Вопрос 1

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.

Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.

Начало изучению диаграммы железо – углерод положил Чернов Д.К. в 1868 году. Чернов впервые указал на существование в стали критических точек и на зависимость их положения от содержания углерода.

Значение диаграммы состоит в том, что она позволяет объяснить зависимость структуры и, соответственно, свойств, сталей и чугунов от содержания углерода, а также определить режимы термической обработки. С помощью диаграммы можно определить температуру плавления, кристаллизации и полиморфных превращений у различных сплавов, а также тип, количество и химический состав фаз в конкретных сплавах при любой температуре.

Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и

1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539o С 5o С.

В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911o С и 1392o С. При температуре ниже 911o С существует с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392o С устойчивым является с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется или высокотемпературное . Высокотемпературная модификация не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911oС превращения обозначают точкой , а температуру 1392o С превращения - точкой А4.

При температуре ниже 768o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768o С обозначается А2.

Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности – , предел текучести – ) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – , а относительное сужение – ). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.

Железо характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.

Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

2. Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 0С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 0С).

В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).

3. Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.

Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.

Температура плавления цементита точно не установлена (1250, 1550o С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217o С.

Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.

Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.

Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.

1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

2. Феррит (Ф) (C) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727o С ( точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.

При температуре выше 1392o С существует высокотемпературный феррит () ( (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499o С (точка J)

Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности –) и пластичен (относительное удлинение –), магнитен до 768o С.

3. Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.

Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147o С (точка Е).

Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – ), парамагнитен.

При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.

4. Цементит – характеристика дана выше.

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный I), цементит вторичный II), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Вопрос 2

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 1147o 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 727o 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 768o С имеют место магнитные превращения.

По линии PSK при постоянной температуре 727o 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 ;

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 , при охлаждении – букву r, т.е. .

Вопрос 3

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.

Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита), при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита.

Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии.

Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита.

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные , структура феррит + перлит ; эвтектоидные , структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый

заэвтектоидные, структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.

По микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой ратворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет.

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.

Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства.

Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.

По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические , структура перлит + ледебурит + цементит вторичный ;

эвтектические , структура ледебурит (Л)

заэвтектические , структура ледебурит + цементит первичный (

В структуре доэвтектических белых чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита.

Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита. Однако свойства сталей и белых чугунов значительно различаются. Таким образом, основным фактором, определяющим свойства сплавов системы железо – цементит является их структура.

Закрепляющий материал-задание

К 1 вопросу лекции

Ответить на следующие вопросы

  1. Какие сплавы называют чёрными сплавами?

  2. Какие виды сплавов по характеру взаимодействия компонентов могут

образовывать между собой железо с углеродом?

  1. Какой сплав называют сталью?

  2. Какая структурная составляющая является эвтектикой?

  3. К каким типам сплавов относятся структуры феррит, аустенит, ледебурит, перлит и цементит?

Твёрдые растворы

Химические соединения

Механические смеси

К 2 вопросу лекции

  1. Определите по диаграмме температуру плавления чистого железа.

  2. Какие параметры являются координатами диаграммы сплава?

  3. Укажите линию начала первичной кристаллизации?

  4. Что такое солидус?

  5. Что такое ликвидус?

  6. Укажите линию окончания первичной кристаллизации?

  7. Какое химическое соединение образовывают железо с углеродом?

К 3 вопросу лекции

1. Какие стали называют доэвтектоидными ?

2. Какие стали называют заэвтектоидными?

Тест-задание

1. Сколько кристаллических модификаций может образовывать чистое железо:

А) пять Б) четыре В) три Г) две

2. Сплав, образующийся при температуре 727°С и содержащий 0,8% углерода, называется:

А) перлит Б) феррит В) аустенит Г) эвтектика

3. Доэвтектический белый чугун – это сплав, с содержанием углерода:

А) до 0,8% Б) от 0,8% до 2,14% В) от 2,14% до 4,3% Г) выше 4,3%

4. Что означает линия «солидус» на диаграмме фазового равновесия двойных сплавов?

  1. Линию конца кристаллизации

  2. Линию начала кристаллизации

  3. Линия аллотропического превращения

  4. Линию эвтектического превращения

  1. Какие железоуглеродистые сплавы называются сталями?

  1. Содержание углерода более 0,8 %

  2. Содержание углерода более 4,8%

  3. Содержание углерода не более 2,14%

  4. Содержание углерода более 0,002%

Домашнее задание

Стр 119- 130 Учебника «Материаловедение»

Подведение итогов урока

Кривые охлаждения диаграммы состояния железо углерод

Современную промышленность сложно представить без использования различного вида металлических сплавов, в том числе и стальных. Разработкой их составов занимаются ученые – металлурги в разных странах, но для прогнозирования свойств будущих сплавов, большая часть специалистов руководствуется диаграммой железо – углерод. Она дает четкое представление о том, как устроено большинство стальных сплавов и чугунов.

Диаграмма содержит в себе некоторое количество линий и критичных точек, обозначающих состояние расплава при определенном нагреве.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Различные комбинации этих элементов приводят к получению большого количества сплавов, которые можно разделить на три большие группы:

К техническому железу относят материалы, в которых содержится менее 0,02% углерода. К сталям относят, материалы, в которых углерод находится в пределах от 0,02 до 2,14%. И в группу чугунов входят материалы, количество углерода в которых превышает 2,14%.

Компоненты в системе железо углерод

Аустенит

Атомы размещается в гранецентрированной ячейке. Твердость аустенита имеет твердость 200 … 250 единиц по Бринеллю. Кроме того у него хорошая пластичность и он отличается парамагнитностью.

Железо

Железо – это материал, относящийся к металлам. Его натуральный цвет – серебристо-серый. В чистом виде он очень пластичен. Его удельный вес составляет 7,86 г/куб. см. Температура плавления составляет 1539 °C. На практике чаще всего применяют техническое железо, в составе которого присутствуют следующие примеси – марганец, кремний и многие другие. Массовая доля примесей не превышает 0,1%.

У железа есть такое свойство как полиформизм. То есть, при одном и том же химическом составе, это вещество может иметь разную структуру кристаллической решетки и соответственно разные свойства. Модификации железа называют соответственно – Б, Г, Д. Все эти модификации существуют при разных условиях. Например, тип Б, может существовать только при температуре 911 °С. Тип Г может существовать в диапазоне от 911 до 1392 °С. Тип Д существует в диапазоне от 1392 до 1539 °С.

Каждый из типов обладает своей формой кристаллической решеткой, например, у типа Б решетка представляет собой куб, решетка типа Г имеет гранецентрированную кубическую форму. Решетка типа Д, имеет форму объемно центрированного куба.

Еще одно свойство состоит в том, что при температуре ниже 768 железо ферримагнитно, а при ее повышении это свойство теряется.

Точки полиморфной и магнитной трансформации называют критическими. На таблице они обозначены следующим образом – А2, А3, А4. Цифровые индексы показывают тип трансформации. Для более полного различия превращения железа из одного вида в другой к обозначению добавляют индексы с и r. Первый говорит о нагреве, второй об охлаждении.

Полиморфные модификации железа

При высоких параметрах пластичности, железо не обладает высокой твердостью, по шкале Бринелля она равна 80 единиц.

Железо имеет возможность образовывать твердые растворы. Их можно разделить на две группы – раствор замещения и внедрения. Первые состоят их железа и других металлов, вторые из железа и углерода, водорода и азота.

Углерод

Другой компонент системы – углерод. Это – неметалл и он обладает тремя модификациями в виде алмаза, графита и угля. Он плавится при 3500 °С.

Аллотропные модификации углерода

В сплаве железа, этот элемент находится в виде твердого раствора, его называют цементит или в виде графита. В таком виде он присутствует в сером чугуне. Графит, не отличается ни пластичностью, ни прочностью.

Цементит

Доля углерода составляет 6,67%. Он обладает высокой твердостью – 800 НВ, но при этом у него отсутствует пластичность. Полиморфными свойствами не обладает.

Он обладает следующим свойством – при формировании раствора замещения, углерод может быть заменен на атомы других веществ, например, на хром или никель. Такой раствор получил название легированного раствора.

Он не обладает устойчивостью, при наличии некоторых условий он может разлагаться, при этом происходит трансформация углерода в графит. Это свойство нашло применение при образовании чугунов.

Кстати, в жидком состоянии, железо может растворять в себе примеси, при этом образуя, однородная масса.

Феррит

Так называют твердый раствор, при котором происходит внедрение углерода в железо.

Он растворяется с определенной переменностью, при нормальной (комнатной) температуре объем углерода лежит в пределах 0,006%, при 727 °С, то концентрация углерода составит 0,02%. По достижении 1392 °С образуется феррит.

Содержание углерода составит 0,1%. Его атомы размещаются в дефектных узлах решетки.

Феррит по своим параметрам близок к железу.

Аустенит в сталях

Наличие аустенита в стальных сплавах придает им определенные свойства. Детали и узлы, произведенные из подобных сталей, предназначаются для работы в средах, содержащие агрессивные компоненты, например, на предприятиях, перерабатывающих разные кислоты.

Стали этого класса отличаются высоким уровнем легирования, во время кристаллизации формируется гранецентрированная решетка. Такая структура не подвержена изменению даже под воздействием глубокого холода.

Стали этого типа можно разделить на два типа отличающиеся друг от друга составом. В первых, содержатся такие вещества как железо, никель, хром. При этом общее количество добавок не может превышать 55%. Ко второй группе относят никелевые и железоникелевые композиции. В никелевых композициях, его содержание превышает 55%. В железоникелевых составах соотношение никеля и железа составляет 1:5, а количество никеля начинается от 65%.

Такое количество никеля обеспечивает повышенную пластичность, а хром, в свою очередь обеспечивает высокую коррозионную стойкость и жаропрочность. Применение других легирующих материалов позволяет выплавлять сплавы с уникальными эксплуатационными свойствами. Металлурги, составляя рецептуру сплавов, руководствуются будущим назначением сталей.

Для получения легированный сталей применяют ферритизаторы, которые придают постоянство аустенитам, к таким веществам относят ниобий, кремний и некоторые другие. Кроме них применяют углерод, марганец – их называют аустенизаторами.

Цементит: формы существования

Так называют соединение углерода и железа. Это компонент чугуна и некоторых сталей. В него входит 6,67% углерода.

В его кристалл входит несколько октаэдров, они расположены друг по отношению к другу с некоторым углом. Внутри каждого из них расположен атом углерода. В результате такого построения получается следующая картина – один атом вступает в связь с несколькими атомами железа, а железо в свою очередь связано с тремя атомами этого элемента.

Кристаллическая решетка цементита

У этого вещества имеются все свойства, которые присущи металлам – электропроводность, своеобразным блеском, высокая теплопроводность. То есть, смесь железа и углерода, ведет себя как металл. Этот материал обладает определенной хрупкостью. Большая часть его свойств определена сложным строением кристаллической решетки.

Этот материал плавится при 1600 градусах Цельсия. Но на этот счет существует несколько мнений, одни исследователи считают, что его температура плавления лежит в диапазоне от 1200 до 1450, другие определяют, что верхний уровень равен 1300 °С.

Первичный цементит

Металлурги разделяют три типа этого вещества – первичный, вторичный, третичный.

Первичный, получается из жидкости при закалке сплавов, которые содержат в себе 5,5% углерода. Первичный имеет форму в виде крупных пластин.

Вторичный

Этот элемент получается из аустенита при охлаждении последнего. На диаграмме этот процесс этот процесс можно видеть по диаграмме Fe – C. Цементит представлен в виде сетки, размещенной по границам зерен.

Третичный

Этот тип, является производным от феррита. Он имеет форму иголок.

В металлургии существуют и другие формы цементита, например, цементит Стеда и пр.

Другие структурные составляющие в системе железо углерод

Перлит

Перлит – это механическая смесь, которая состоит из феррита и цементита. Ледебурит представляет собой переменный раствор.

При температуре от 1130 и до 723 °С в его состав входят аустенит и цементит. При более низких температурах он состоит из аустенит заменяет феррит.

Ледебурит в сталях

Стали, в основании которых лежит ледебурит относят к легированным. В процессе кристаллизации происходит образование ледебурита. На диаграмме состояния железо углерод этот процесс указан в точке Е, которая расположена на линии Fe – Fe3C.

Использование таких элементов, как хром, вольфрам и некоторых других, приводят к образованию таких сплавов как Р6М5. Эту сталь и ее аналоги применяют при изготовлении инструментов, например, металлорежущих.

Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо углерод

На диаграмме железо углерод отмечено некоторое количество точек, называемых критичными. Каждая точка несет в себе информацию о температуре, долевом содержании углерода и описанием того, что именно происходит в этом месте.

Всего существует 14 этих критичных точек.

Например, А, говорит о том, что при температуре 1539 °С и при нулевом содержании углерода происходит плавление чистого железа. D говорит о том, что при температуре 1260 возможно плавление Fe3c.

Точки расположены на пересечении линий, размещенных на диаграмме.

Значение линий диаграммы состояния системы железо углерод

Каждая линия, расположенная на диаграмме, так же несет в себе смысловую нагрузку. Например, линия PQ показывает выделение третичного цементита из феррита.

Все расшифровки значений точек и линий всегда есть в приложениях к диаграмме состояния углерод железо.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Наиболее распространенными металлическими материалами являются сплавы железа и углерода – стали и чугуны. В сталях содержится менее 2,14%С, а в чугунах – более 2,14%С. Диаграмма железо – углерод показывает фазовый состав и структуру железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов).

Рассмотрим компоненты системы железо – углерод и их взаимодействие.

Компоненты – вещества, образующие систему:

1. Железо – металл сероватого цвета, температура плавления 1539 ºС, плотность 7,68 г/см 3 . Железо имеет четыре модификации: α, β, γ и δ.

При температурах ниже 911ºС кристаллическая решетка железа – объемно центрированный куб (ОЦК). Эту модификацию называют α-железо. До температуры 768 ºС (точка Кюри) α-железо магнитно, выше – немагнитно. Его называют β – немагнитным или β – железом.

При нагреве железа объемно центрированная кубическая решетка при 911 ºС перестраивается в гранецентрированную кубическую (ГЦК). Эта модификация существует до 1392 ºС и называется γ-железом.

Выше 1392°С и до температуры плавления вновь устойчивой является ОЦК решетка – δ-железо.

2. Углерод – неметаллический элемент, плотность 2,5 г/см 3 , температура плавления 3500 ºС. В железоуглеродистых сплавах в свободном виде углерод находится в форме графита.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, может образовывать химическое соединение – цементит.

Практическое значение имеет часть диаграммы от железа до цементита (рис. 6), называется также диаграммой железо – цементит (Fе – Fe3C).

Фазы. Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую строение, состав и свойства изменяются скачкообразно. В системе железо – углерод различают следующие фазы: жидкий расплав, феррит, аустенит, цементит; рассмотрим подробнее.

1. Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе (рис. 5,а).

Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, а также в вакансиях, на дислокациях и т.д. Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: при комнатной температуре (точка Q) – 0,006 %, максимальную – 0,02 %С при температуре 727 o С (точка P). В высокотемпературном феррите максимальное содержание углерода (0,1%) наблюдается при температуре 1499°С (точка Н диаграммы).

Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок и пластичен, магнитен до 768 o С.

При 0,006 %С: sв = 250 МПа, s0,2 = 120 МПа, d = 50%, 80–100НВ.

2. Аустенит – твердый раствор углерода в g-железе (рис. 5,б).

Атом углерода располагается в центре элементарной ячейки. Предельная растворимость углерода в g-железе– 2,14% при температуре 1147 ºС (точка Е).

3. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C.

В цементите содержится 6,67% (концентрация углерода при изменении температуры остается неизменной, в отличие от твердых растворов). Имеет сложную ромбическую решетку. Цементит – неустойчивое химическое соединение и в определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.

Цементит самая твердая и хрупкая составляющая железоуглеродистых сплавов (твердость ≈ 800 НВ, δ=0%).

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный I), цементит вторичный II), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

4. Жидкий расплав. Углерод растворяется в железе в жидком состоянии, образуя однородный жидкий расплав.

ABCD – линия ликвидус, ниже которой происходит кристаллизация сплавов.

AHJECF – линия солидус, линия окончания кристаллизации.

При содержании углерода в сплаве менее 0,51% кристаллизация начинается с выделения d-феррита; при 0,51 1 2

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 29409 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Содержание

Диаграмма состояния [ править | править код ]

Железо образует с углеродом химическое соединение Fe3C цементит. Так как на практике применяют металлические сплавы на основе железа с содержанием углерода до 5 %, практически интересна часть диаграммы состояния от чистого железа до цементита [1] . Поскольку цементит — метастабильная фаза, то и соответствующая диаграмма называется метастабильной (сплошные линии на рисунке).

Для серых чугунов и графитизированных сталей рассматривают стабильную часть диаграммы железо—графит (Fe—Гр), поскольку именно графит является в этом случае стабильной фазой. Цементит выделяется из расплава намного быстрее графита и во многих сталях и белых чугунах может существовать достаточно долго, несмотря на метастабильность. В серых чугунах графит существует обязательно.

На рисунке тонкими пунктирными линиями показаны линии стабильного равновесия (то есть с участием графита), там где они отличаются от линий метастабильного равновесия (с участием цементита), а соответствующие точки обозначены штрихом. Обозначения фаз и точек на этой диаграмме приведены согласно неофициальному международному соглашению.

Фазы диаграммы железо-углерод [ править | править код ]

В системе железо — углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит, графит.

Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях [ источник не указан 736 дней ] с образованием однородной жидкой фазы.

Феррит имеет переменную, зависящую от температуры предельную растворимость углерода: минимальную — 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную — 0,02 % при температуре 700 °C (точка P). Атомы углерода располагаются в центре грани или (что кристаллогеометрически эквивалентно) на середине рёбер куба, а также в дефектах решетки [2] .

При температуре выше 1392 °C существует высокотемпературный феррит с предельной растворимостью углерода около 0,1 % при температуре около 1500 °C (точка H).

Свойства феррита близки к свойствам чистого железа. Он мягок (твёрдость по Бринеллю — 130 НВ) и пластичен, ферромагнитен (при отсутствии углерода) до точки Кюри — 770 °C.

Аустенит (γ) — твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой.

Атомы углерода занимают место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Предельная растворимость углерода в аустените — 2,14 % при температуре 1147 °C (точка Е). Аустенит имеет твёрдость 200—250 НВ, пластичен, парамагнитен. При растворении других элементов в аустените или в феррите изменяются свойства и температурные границы их существования [3] .

Цементит (Fe3C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решёткой, содержит 6,67 % углерода. Он твёрдый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит — метастабильная фаза и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.

В железоуглеродистых сплавах цементит как фаза может выделяться при различных условиях:

  • цементит первичный (выделяется из жидкости),
  • цементит вторичный (выделяется из аустенита),
  • цементит третичный (из феррита),
  • цементит эвтектический и
  • эвтектоидный цементит.

Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зёрен аустенита (после эвтектоидного превращения они станут зёрнами перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зёрен [4] .

Эвтектический цементит наблюдается лишь в белых чугунах. Эвтектоидный цементит имеет пластинчатую форму и является составной частью перлита. Цементит может при специальном сфероидизируюшем отжиге или закалке с высоким отпуском выделяться в виде мелких сфер. Влияние на механические свойства сплавов оказывает форма, размер, количество и расположение включений цементита, что позволяет на практике для каждого конкретного применения сплава добиваться оптимального сочетания твёрдости, прочности, стойкости к хрупкому разрушению и т. п. [5]

Графит — фаза состоящая только из углерода со слоистой гексагональной решёткой. Плотность графита (2,3 г/см 3 ) много меньше плотности всех остальных фаз (около 7,5—7,8 г/см 3 ) и это затрудняет и замедляет его образование, что и приводит к выделению цементита при более быстром охлаждении. Образование графита уменьшает усадку при кристаллизации, графит выполняет роль смазки при трении, уменьшая износ, способствует рассеянию энергии вибраций.

Графит имеет форму крупных крабовидных (изогнутых пластинчатых) включений (обычный серый чугун) или сфер (высокопрочный чугун).

Графит обязательно присутствует в серых чугунах и их разновидности — высокопрочных чугунах. Графит присутствует также и в некоторых марках стали — в так называемых графитизированных сталях.

Фазовые переходы [ править | править код ]

Линия ACD — это линия ликвидуса, показывающая температуры начала затвердевания (конца плавления) сталей и белых чугунов. При температурах выше линии ACD — жидкий сплав. Линия AECF — это линия солидуса, показывающая температуры конца затвердевания (начала плавления).

По линии ликвидуса АС (при температурах, отвечающих линии АС) из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а по линии ликвидуса CD — цементит, называемый первичным цементитом. В точке С при 1147 °С и содержании 4,3 % углерода из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит первичный, образуя эвтектику, называемую ледебуритом. При температурах, соответствующих линии солидуса AE, сплавы с содержанием углерода до 2,14 % окончательно затвердевают с образованием структуры аустенита. На линии солидуса EC (1147° С) сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 4,3 % окончательно затвердевают с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделялся аустенит, следовательно, такие сплавы после затвердевания будут иметь структуру аустенит + ледебурит.

На линии солидуса CF (1147 °С) сплавы с содержанием углерода от 4,3 до 6,67 % окончательно затвердевают также с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделялся цементит (первичный), следовательно, такие сплавы после затвердевания будут иметь структуру — первичный цементит + ледебурит [6] .

В области ACEA, между линией ликвидуса AC и солидуса AEC, будет жидкий сплав + кристаллы аустенита. В области CDF, между линией ликвидуса CD и солидуса CF, будет жидкий сплав + кристаллы цементита (первичного). Превращения, протекающие при затвердевании сплавов, называют первичной кристаллизацией. В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14 % образуется однофазная структура — аустенит. Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кристаллизации в равновесных условиях получается аустенитная структура, называют сталями.

Сплавы с содержанием углерода более 2,14 %, в которых при кристаллизации образуется эвтектика ледебурит, называют чугунами. В рассматриваемой системе практически весь углерод находится в связанном состоянии, в виде цементита. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми [4] .

В железоуглеродистых сплавах превращения происходят также и в твердом состоянии, называемые вторичной кристаллизацией и характеризуемые линиями GSE, PSK, PQ. Линия GS показывает начало превращения аустенита в феррит (при охлаждении). Следовательно, в области GSP будет структура аустенит + феррит.

Линия SE показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в аустените уменьшается. Так, при 1147 °С в аустените может раствориться углерода 2,14 %, а при 727°С — 0,8 %. С понижением температуры в сталях с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % из аустенита выделяется избыточный углерод в виде цементита, называемого вторичным. Следовательно, ниже линии SE (до температуры 727°С) сталь имеет структуру: аустенит + цементит (вторичный). В чугунах с содержанием углерода от 2,14 до 4,3 % при 1147 °С, кроме ледебурита, есть аустенит, из которого при понижении температуры тоже будет выделяться вторичный цементит. Следовательно, ниже линии EC (до температуры 727 °С) белый чугун имеет структуру: ледебурит + аустенит + цементит вторичный.

Линия PSK (727° С) — это линия эвтектоидного превращения. На этой линии во всех железоуглеродистых сплавах аустенит распадается, образуя структуру, представляющую собой механическую смесь феррита и цементита и называемую перлитом. Ниже 727°С железоуглеродистые сплавы имеют следующие структуры.

  • Стали, содержащие углерода менее 0,8 %, имеют структуру феррит + перлит и называются доэвтектоидными сталями.
  • Сталь с содержанием углерода 0,8 % имеет структуру перлита и называется эвтектоидной сталью.
  • Стали с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % имеют структуру цементит + перлит и называются заэвтектоидными сталями.
  • Белые чугуны с содержанием углерода от 2,14 до 4,3 % имеют структуру перлит + вторичный цементит + ледебурит и называются доэвтектическими чугунами.
  • Белый чугун с содержанием углерода 4,3 % имеет структуру ледебурита и называется эвтектическим чугуном.
  • Белые чугуны с содержанием углерода от 4,3 до 6,67 % имеют структуру цементит первичный + ледебурит и называются заэвтектическими чугунами [5] .

Линия PQ показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в феррите уменьшается от 0,02 % при 727 °С до 0,006 % при комнатной температуре. При охлаждении ниже температуры 727° С из феррита выделяется избыточный углерод в виде цементита, называемого третичным. В большинстве сплавов железа с углеродом третичный цементит в структуре можно не учитывать из-за весьма малых его количеств. Однако в низкоуглеродистых сталях в условиях медленного охлаждения третичный цементит выделяется по границам зерен феррита (рис. 76). Эти выделения уменьшают пластические свойства стали, особенно способность к холодной штамповке [5] .

Диаграмма состояния сплава железа с углеродом

В технике применяется огромное количество различных сплавов. Чтобы изучить все существующие сплавы и их свойства, необходимо запоминать большое количество цифр. Облегчить эту работу удалось с помощью диаграмм состояния сплава. Диаграмма состояния сплава — эго схематическое изображение состояния сплава при различных температурах. Диаграмма охватывает ряд сплавов, которые могут быть получены из двух и более компонентов. По такой диаграмме можно определить критические температуры (точки) сплава и структурные превращения в твердом состоянии, а также сделать выбор режима термической обработки сплава.

Диаграмма состояния железо—углерод впервые была построена в 1899 г. По вертикальной линии диаграммы откладывается температура в градусах, по горизонтальной — содержание углерода в процентах. Сплавы, содержащие до 2% углерода, называются сталями, свыше 2% (до 6,67%) — чугунами. Наличие в сплаве железа с углеродом небольших количеств обычных примесей (серы, фосфора, кремния и марганца) существенно не влияет на положение критических точек на диаграмме, поэтому углеродистые стали всегда рассматривают как двойной сплав железа с углеродом.

Выше линии АС сплав находится в жидком состоянии и представляет собой раствор углерода в железе. Линия АС характеризует начало, а линия АЕ — конец затвердевания сплава. Все линии, расположенные ниже липни АЕ, соответствуют изменениям, которые происходят в стали в твердом состоянии. При температурах выше линий GOS и SE существует одна фаза — аустенит. По линии 60S из аустенита начинает выделяться чистое железо (феррит), а по линии SE — цементит. По линии Р1 оставшийся аустенит превращается в смесь феррита с перлитом (в районе линии PS) в чистый перлит (под точкой S) или в смесь цементита с перлитом в районе линии SK.

Для примера возьмем сталь с содержанием углерода 0,2% и проследим, что происходит с нею при охлаждении. Если провести на диаграмме вертикальную линию из точки, соответствующей содержанию углерода 0,2%, то точки пересечения этой линии с кривыми диаграммы будут критическими. В них начинается или заканчивается превращение в данном сплаве.

При температуре, соответствующей точке 5 на диаграмме, в жидком сплаве начинают образовываться кристаллы твердого металла. Образование кристаллов продолжается при понижении температуры до точки 4. В точке 4 весь сплав затвердевает и при более низких температурах превращается в аустенит. При дальнейшем понижении температуры до точки 3 аустенит сохраняется и только в точке 3 в сплаве начнется образование феррита. Этой температуре соответствует критическая точка А3 данного сплава. Выделение феррита заканчивается при температуре Ах (точка 1 на линии PS/C). В точке 2 нового превращения не происходит — немагнитная сталь ниже температуры 768 гр.С становится магнитной.

При охлаждении сплава с малой скоростью ниже температуры 723° С (точка 1) никаких структурных изменений ие произойдет. При больших скоростях охлаждения стали ниже температуры 723 гр.С может образоваться мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе. Это объясняется тем, чго углерод при быстром охлаждении не успевает выделяться из феррита и атомы углерода остаются в решетке альфа-железа.

На примере рассмотренных превращений видно, что аустенит неустойчив и существует в сплаве железа с углеродом только а определенном интервале температур. В сплаве, содержащем 0,2% углерода, аустенит существует в интервале температур oт 1520 до 870 гр.С, при температуре ниже 870 гр.С он начинает распадаться. В сплаве с содержанием углерода 0,8% аустенит существует в интервале температур от 1400 до 723 гр.С.

Введение легирующих элементов влияет па положение критических точек и линий диаграммы состояния железо-углерод. Например, железоуглеродистый сплав, легированный никелем, может сохранять аустенитную структуру даже после охлаждения.
Превращения в сталях, легированных одним элементом, изучают по тройным диаграммам: железо—углерод — легирующий ллгменг; легированных двумя элементами — па четверных диаграммах и т. д. Но тройными и четверными диаграммами пользоваться на практике очень трудно. Поэтому при изучении легированных сталей пользуются двойными диаграммами состояния ;келезо-легирующий элемент и рассматривают влияние легирующих элементов на положение точек и линий диаграммы состояния железо—углерод, или рассматривают разрез тройной (четверной) диаграммы с определенным содержанием основных легирующих элементов.

«Металловедение и термическая обработка железо - углеродистых сплавов»

ПРОГРАММА
повышения квалификации инженерных кадров по направлениям подготовки

150000 «Металлургия, машиностроение и материалообработка»

151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Нормативный срок освоения программы: 72 часа
Режим обучения: не более 24 часов в неделю
Форма обучения: заочная

Цель и задачи реализации программы.

Целью реализации программы повышения квалификации является изучения металлографической структуры сплавов диаграммы железо - углерод с использованием металлографического микроскопа МИМ-8, изучение микроструктуры серых, ковких и высокопрочных чугунов.

Для достижения указанной цели предлагается решение следующих задач:

  • изучение теоретической основы формирования микроструктуры сплавов - диаграммы состояния;
  • изучение принципов металлографического анализа сплавов, изучение оборудования для металлографического анализа - устройство металлографических микроскопов и методов приготовления металлографических шлифов.
  • принципы формирования микроструктуры сплавов диаграммы железо-углерод и формирование микроструктуры чугунов (белых, серых, ковких и высокопрочных)

 Категория слушателей:

Лица, желающие освоить программу повышения квалификации, должны иметь среднее профессиональное или высшее непрофильное техническое образование. Желательно иметь стаж работы (не менее 1 года). Сфера профессиональной деятельности - машиностроение и другие отрасли, где используются сплавы диаграммы железо-углерод.

Изучение данной программы направлено на формирование у слушателей следующих компетенций:

общекультурных компетенций:

  • OKI - способностью формулировать цели и задачи исследований;
  • ОК2 - способностью изучать новые методы исследований, изменять научный и производственный профиль своей профессиональной деятельности;
  • ОКЗ - способностью приобретать новые знания и умения, в том числе в областях знаний, непосредственно несвязанных со сферой деятельности;

профессиональных компетенций:

  • ПК1 - способностью проводить анализ технологических процессов для выбора путей, мер и средств управления качеством продукции;
  • ПК2 - способностью анализировать полный технологический цикл получения и обработки материалов;
  • ПКЗ - способностью прогнозировать работоспособность материалов в различных условиях их эксплуатации;

В результате изучения программы слушатели должны знать:

  • теоретическую основу фазовых превращений в сплавах диаграммы железо - углерод; уметь:
  • анализировать микроструктуру сплавов диаграммы железо-углерод; владеть:
  • методикой металлографического анализа;
  • методами контроля структуры ковких, белых, серых и высокопрочных чугунов;

Структура программы:

№ п/п Наименование темы ОТ, час Лекции, час ПЗ, СЗ, ЛЗ
час
СРС,
час
Форма контроля
1 Введение. Диаграммы состояния 24 12 0 12 зачет
1.1 Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях.. 4 2   2  
1.2 Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии, граничными твердыми растворами и эвтектическим превращением 8 4   4  
1.3 Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии, граничными твердыми растворами и эвтектоидным превращением 4 2   2  
1.4 Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии, граничными твердыми растворами и эвтектоидным превращением. 8 4   4  
2 Диаграмма состояния железо-углерод. 12 6 0 6 зачет
3 Металлографический анализ, травление микрошлифов и устройство металлографического микроскопа МИМ -8 14 6 2 6 собеседование
4 Изучение микроструктуры белых чугунов 6   3 3 собеседование
5 Изучение микроструктуры серых чугунов 6   3 3 собеседование
6 Изучение микроструктуры ковких и высокопрочных чугунов 6   3 3 собеседование
Практики (стажировки) - - - - не предусмотрено
Всего 68 24 11 33  
Итоговая аттестация 4   4   зачет
ИТОГО: 72 24 15 33  

 

Все программы разрабатываются ведущими специалистами университета по заказу и с учетом специализации предприятия!

Поделиться записью

Фазовая диаграмма углерода железа

Фазовая диаграмма углерода железа
Железо-углерод - это еще не все фазовая диаграмма, чем связано в магистрали. В частности, есть некоторые номенклатура, которую я избегал в основном тексте, но это важно для понимание других писаний о железе и стали. Итак, начнем с этапа диаграмма, содержащая максимум информации:
Железоуглеродистая фаза Схема
Источник: арабский Интернет сайт
Важное границы (линии), разделяющие фазы, имеют общепринятые сокращения:
  • A 1 : Верхний предел фазовое поле феррит / цементит (горизонтальная линия, проходящая через эвтектоид точка).
  • A 2 : Температура, при которой железо теряет свой магнетизм (так называемая температура Кюри температура ). Обратите внимание, что для чистого железа это все еще в а-фазе.
  • A 3 : Граница между g аустенит и поле аустенит / феррит.
  • A 4 : Суть в данном случае где a меняется на d в высокие температуры.
  • A CM : Граница между g-аустенит и поле аустенит / цементит.
Зачем кому-то сокращать температура на букву «А»? Что ж, это означает "арест", то, что происходит на склоне дилатометрический или термический кривые, записанные всякий раз, когда фазовые диаграммы были впервые измерены.
Утверждения типа «добавление х понижает A 3 » теперь Чисто.
Круглые вставки дают схему представление о том, какой должна быть структура при составах и температурах указано.
Следующее, что нужно знать, это то, что фазовые диаграммы выше на самом деле не истинная фазовая диаграмма железо-углерод. Я соврал тебе. Некоторый смесь цементита и железа , а не конфигурация, которая позволяет системе достичь полной нирваны. Это будет смесь железа , графита .
Весь цементит формирование - это всего лишь переходная фаза на пути к нирване; он распадется на чистый углерод (графит) и железо в связи время .Однако должное время означает тысячелетия и даже больше в комнате. температура для простой углеродистой стали. Другими словами, цементит очень долгоживущая метастабильная фаза под нормальные условия. Таким образом, имеет смысл использовать его для чего-то, что является , а не истинной фазовой диаграммой для пуристов, но что разумное нормальные люди все равно назовут «фазовой диаграммой».
Мы также имеем право поступать так, потому что «настоящее» железо - Фазовая диаграмма графита выглядит почти так же, как железо - цементит «фазовая диаграмма».Вот доказательство:
Утюг - Фазовая диаграмма углерода по сравнению с
Фазовая диаграмма железоцементита
Означает ли это, что нам не нужно беспокоиться об образовании графита? И да и нет. Как почти всегда, это зависит:
Для простой углеродистая сталь с содержанием углерода менее 2%, не требуется действительно волнуйтесь. Графит никогда не образуется и обычная фазовая диаграмма прекрасно все покрывает.
Для чугуна , с концентрацией углерода до несколько процентов вам нужно беспокоиться. В зависимости от условий может образовываться графит.
Для легированной стали , обычное дело в наши дни, тебе тоже нужно волноваться.Некоторые легирующие элементы, в частности кремний (Si), но также никель (Ni), способствует образованию графита.

С рамой

Наука о сварке стали

8.4.2 Multiculti в стали

Наука легирования

Диаграммы TTT: 1. Основная идея

10.2.3 Выплавка кованого железа, стали и чугуна

11.5 мечей Wootz; 11.5.1 Победитель ....

11.5.2 Структура по дендритам?

11.5.3 Ковка меча Wootz

11.6.3 Изготовление японского меча - Часть 2

10.5.2 Производство стали до 1870 г.

Уловки кузнецов

Схемы TTT

Чугун; 9.5.1 Общие замечания

6.1.3 Чтение фазовых диаграмм: смешанные фазы и границы

6.2.1 Сливочный или коренастый?

Обзор основных сталей

Сегрегация при комнатной температуре

Конституционное переохлаждение и стабильность интерфейса

10.4.2 Изготовление стали для тиглей по старинке в наше время

© H. Föll (шрифт Iron, Steel и Swords)

Фазовая диаграмма - Промышленные металлурги

В металлургии термин фаза используется для обозначения физически однородного состояния вещества, в котором фаза имеет определенный химический состав, и особый тип атомной связи и расположения элементов. В сплаве могут одновременно присутствовать две или более разных фаз. На изображениях ниже показаны фазы в сплавах алюминий-медь и железо-углерод.

Al2Cu выделяется в алюминиевой матрице.
© DoITPoMS Библиотека микрофотографий, Univ. of Cambridge

Феррит (белый) и цементит (темный) в стали.

Каждая фаза в сплаве имеет свои собственные отличные физические, механические, электрические и электрохимические свойства.Например, в углеродистой стали феррит является относительно мягкой фазой, а цементит - твердой хрупкой фазой. Когда они присутствуют вместе, прочность сплава намного выше, чем у феррита, а пластичность намного лучше по сравнению с цементитом. Таким образом, сплав с более чем одной фазой можно рассматривать как композиционный материал.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с вашим продуктом?

Фазы, присутствующие в сплаве, зависят от состава сплава и термической обработки, которой этот сплав подвергался.Фазовые диаграммы - это графические изображения фаз, присутствующих в конкретном сплаве, выдерживаемом при определенной температуре. Фазовые диаграммы можно использовать для прогнозирования фазовых изменений, которые произошли в сплаве, который подвергался определенному процессу термообработки. Это важно, потому что свойства металлического компонента зависят от фаз, присутствующих в металле.

Фазовые диаграммы полезны металлургам для выбора сплавов с определенным составом, а также для разработки и управления процедурами термообработки, которые будут обеспечивать определенные свойства.Они также используются для устранения проблем с качеством.

Фазовая диаграмма железо-углерод
Примером обычно используемой фазовой диаграммы является фазовая диаграмма железо-углерод, которая используется для понимания фаз, присутствующих в стали. Количество углерода, присутствующего в сплаве железо-углерод, в процентах по массе, отложено по оси абсцисс, а температура отложена по оси ординат. Каждая область или фазовое поле на фазовой диаграмме указывает фазу или фазы, присутствующие для определенного состава сплава и температуры.Для фазовой диаграммы железо-углерод интересующими фазовыми полями являются поля фаз феррит, цементит, аустенит, феррит + цементит, феррит + аустенит и аустенит + цементит.

Фазовая диаграмма показывает, что сплав железо-углерод с 0,5% углерода, выдерживаемый при 900 ° C, будет состоять из аустенита, и что тот же сплав, выдержанный при 650 ° C, будет состоять из феррита и цементита. Кроме того, диаграмма показывает, что когда сплав с 0,78% углерода медленно охлаждается от 900 ° C, он превратится в феррит и цементит примерно при 727 ° C.

Фазовая диаграмма алюминий-медь
Другой часто используемой фазовой диаграммой является фазовая диаграмма алюминий-медь, которая полезна для понимания дисперсионного упрочнения в сплавах Al-Cu. Количество меди, присутствующей в сплаве, отложено по оси абсцисс. Интересующие нас фазовые поля - это фазовые поля Al, θ и Al + θ в левой части. Для дисперсионного упрочнения сплава Al-Cu эта диаграмма состояния показывает минимальную температуру, до которой сплав должен быть нагрет, чтобы вся медь перешла в раствор.На это указывает линия сольвуса на фазовой диаграмме. На максимальное количество меди, которое может способствовать дисперсионному упрочнению, указывает максимальное количество меди (5,45%), которое может перейти в твердый раствор в алюминии.

Условия равновесия
Фазовые диаграммы показывают взаимосвязь между присутствующими фазами, составом сплава и температурой в условиях медленного нагрева или охлаждения. Медленный нагрев или охлаждение позволяет атомам внутри металла перемещаться, так что сплав находится в равновесии.Однако при многих процессах термообработки металл подвергается быстрому нагреву и охлаждению. В этих условиях возможно отсутствие или наличие фаз по сравнению с тем, что указано на фазовой диаграмме. Следовательно, также важно понимать кинетику фазовых превращений, то есть влияние температуры, времени, скорости охлаждения и скорости нагрева на фазовые изменения в сплаве. Это будет тема другой статьи.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с анализом отказов?

Вы можете узнать больше о том, как читать и использовать фазовые диаграммы, в нескольких наших курсах. Металлургия стали и Металлургия стали Термическая обработка рассказывает о фазовой диаграмме железо-углерод. Металлургия осаждения упрочнения рассказывает о фазовой диаграмме алюминий-медь.

Фазовая диаграмма для железоуглеродистых сплавов | Сталь | Металлургия

Фазовая диаграмма - это диаграмма, которая показывает количество и природу фаз, которые присутствуют в данном сплаве при любой температуре и составе в условиях равновесия. Инжир.1.13 показывает различные составляющие стали.

Стали делятся на четыре основные фазы: феррит, цементит, аустенит и перлит. Было замечено, что различные другие элементы, помимо углерода и железа, которые присутствуют в сталях в качестве примесей или легирующих элементов, не оказывают заметного влияния на диаграмму углеродного состава железа, показанную на рис. 1.13. Однако из-за их присутствия положение граничных линий меняется.

Эти четыре фазы обсуждаются ниже:

1.Феррит:

Это твердый раствор с содержанием углерода до 0,025% в растворителе а-железо. Этот этап обозначен на схеме GSP. Фаза превращается в феррит из-за медленного охлаждения твердых сплавов. Феррит обычно не содержит углерода, но содержит много других элементов, таких как Mn, Si, Cr в твердом растворе.

Феррит мягкий, непрочный и пластичный.

Твердость феррита составляет от 50 до 100 по Бринеллю. Феррит отличается высокой пластичностью.

2.Цементит:

Это прерывистое соединение, состоящее из определенной структуры решетки атомов железа и углерода, относительное количество каждого из атомов, присутствующих в данном образце, находится в соответствии с формулой Fe 3 C. Эта фаза образуется из-за медленного образования. охлаждение твердых сплавов в зоне ЭСК. По химическому составу это соединение углерода и карбида железа, Fe 3 C.

Другие элементы, которые могут присутствовать в стали, также находятся в форме их карбидов.В такой стали цементит очень твердый и имеет твердость порядка 1400 по Бринеллю. В отожженной стали (то есть в стали, которая была охлаждена контролируемым образом) цементит обнаружен в виде сфероидов (округлые частицы) или параллельных пластин (пластинчатые слои) или в виде покрытия над зернами перлита. Цементит довольно хрупкий, но твердый и прочный.

Феррит и цементит имеют тенденцию образовывать слоистую структуру, называемую перлитом.

Количество перлита в простой углеродистой стали (углерод 0.От 1 до 1,5%) увеличивается с увеличением содержания углерода. Когда содержание углерода составляет 0,83%, все зерна будут перлитными. Углерод с избытком 0,83% образует свободный цементит на границах зерен, вызывая снижение прочности на разрыв из-за локальной хрупкости.

3. Аустенит:

Это твердый раствор с содержанием углерода до 1,7% в гамма-железе. Аустенит получают путем нагрева углеродисто-железной стали выше диапазона GSF. Образование аустенита происходит за счет межфазной реакции феррита и цементита.Сначала образуются зародыши аустенита, а затем они продолжают расти за счет дальнейшей реакции феррита и цементита. Скорость образования аустенита увеличивается при повышении температуры.

Диаграмма железо-углерод показывает, какая из трех фаз стали предварительно установлена ​​при данной температуре и концентрации углерода, когда сплав охлаждается или нагревается достаточно медленно, чтобы он оставался в состоянии равновесия.

4. Перлит:

При комнатной температуре железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку (α-железо), а при нагревании выше 910 ° C оно принимает гранецентрированную кубическую структуру (ϒ-железо, также называемое аустенитом). Эти две аллотропные формы железа имеют разные физические свойства (например, коэффициенты расширения).

Переход от одной аллотропной формы к другой называется преобразованием или реакцией. Энергия расходуется на переход от железа к α, и кривая охлаждения показывает термическую остановку при температуре, при которой происходит событие.

Для чистого железа превращение происходит при 910 ° C, но с добавлением углерода оно происходит в диапазоне температур, пределы известны как критические точки - (A 3 более высокая температура, т.е.е. тот, при котором начинается превращение при охлаждении, и A 1 - нижняя точка, которая составляет 723 ° для всех типов чугуна / стали). При 0,8% углерода A 3 сливается с A 1 и повышается как при нижнем, так и при верхнем уровнях углерода.

Углерод имеет разную растворимость в аустените и феррите. При температуре 1130 ° C аустенит может удерживать до 1,7% углерода, когда весь углерод находится в растворе. Углерод растворяется в межузельном пространстве, то есть атом углерода не заменяет атом железа, образуя часть куба, а располагается между атомами железа.В случае объемно-центрированной кубической структуры (для феррита) пространство между атомами железа неадекватно, и атом углерода выталкивается со своего места. Вот какая реакция происходит в точке A 3 .

В точке A 3 точка b.c.c. зерно феррита начинает зарождаться на краю зерна аустенита, устанавливая границу между двумя составляющими. При понижении температуры между пределами A 3 и A 1 граница продвигается все дальше и дальше в аустенитное зерно.Когда углерод отклоняется из решетки феррита, он диффундирует в тело аустенитного зерна и остается в растворе.

Таким образом, нетрансформированный аустенит становится все более богатым углеродом до предельного значения 0,8%. При дальнейшем охлаждении до предела A 1 оставшийся аустенит полностью превращается в феррит, и практически весь углерод удаляется из раствора с образованием слоев цементита, которые зажаты между ферритом.

Если кусок простой углеродистой стали (углеродистая до 1.5% и без легирующих элементов) нагревается с одинаковой скоростью в печи, его температура будет повышаться с одинаковой скоростью до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой это повышение остановится на короткое время, или температура может даже упасть, хотя температура печи продолжает подниматься. В этот момент тепло используется для перегруппировки атомов железа, что, в свою очередь, вызывает образование твердого раствора, называемого аустенитом.

Температура, при которой перлит превращается в аустенит, называется нижней критической точкой нагрева (около 723 ° C).Феррит или цементит превращаются в аустенит при более высокой температуре, известной как верхняя критическая точка нагрева (которая зависит от содержания углерода в стали).

Аналогично, во время равномерного охлаждения температура падает с постоянной скоростью до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой охлаждение начнется медленнее (известная как верхняя критическая температура охлаждения и на 30 ° C ниже верхней критической точки нагрева).

В этот момент аустенит начинает разрушаться с образованием феррита или цементита, в зависимости от содержания углерода в стали.Это изменение продолжается до тех пор, пока не будет достигнута нижняя критическая точка охлаждения (695 ° C), когда оставшийся аустенит превратится в перлит.

Диаграмма железо-углерод ничего не говорит о агрегатном состоянии присутствующих фаз. Другими словами, такая информация, как относительные размеры или форма феррита и цементита, не может быть получена, когда оба они присутствуют в определенной температурной области. Эту информацию можно получить только при микроскопическом исследовании полированной и протравленной поверхности металла.

Диаграмма железо-углерод также помогает определить фазовые превращения, которые происходят, когда стальной образец определенного состава медленно охлаждается от высокой температуры. Рассмотрим случай стального образца с содержанием углерода 0,5%. В области GSEN весь металл представляет собой аустенит и будет оставаться в этом состоянии до тех пор, пока он не охладится и не пересечет линию GS, когда феррит начнет формироваться вдоль границ зерен аустенита.

Количество феррита будет увеличиваться по мере падения температуры от линии GS к линии PS.При температуре 723 ° C весь оставшийся аустенит будет иметь содержание углерода 0,80% и при постоянной температуре превратится в чередующиеся пластины феррита и цементита (эта пластинчатая структура известна как перлит). При всех температурах ниже 723 ° C остается смесь феррита и перлита.

Теперь давайте посмотрим, какие изменения происходят при охлаждении эвтектоидной стали (сталь с 0,8% углерода). В этом случае ничего не происходит до тех пор, пока не будет достигнута температура 723 ° C, когда весь металл при постоянной температуре превратится в перлит.

Если стальную деталь с содержанием углерода 1,2% охладить, цементит сначала выпадает по границам зерен при температуре, соответствующей линии SE. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута температура 723 ° C, когда весь оставшийся материал превратится в перлит. При температурах ниже 723 ° C дальнейших изменений структуры не происходит.

Способность стали к упрочнению зависит от разницы в растворимости углерода аустенита и феррита и от тенденции избыточного углерода выпадать в осадок в форме цементита, когда аустенит превращается в феррит.Расстояние между частицами цементита зависит от скорости охлаждения и их формы.

Если скорость охлаждения стали, когда она пересекает температурную линию 723 ° C, высокая, тогда частицы осажденного цементита будут очень маленькими и близко расположенными, а если это медленное, то частицы осажденного цементита будут больше и расположены шире .

Форма частиц цементита может быть пластинчатой, сфероидальной или игольчатой. Пластинчатая структура, известная как перлит, состоит из чередующихся пластин цементита и феррита. Крупный или мелкий перлит зависит от относительного расстояния между пластинами цементита.

Сфероидальная структура состоит из примерно сферических глобул цементита в матрице феррита. Этот тип структуры известен как сфероидит, в котором глобулы относительно большие. Игольчатая структура, также иногда известная как структура Видманштеттена, состоит из заштрихованной игольчатой ​​структуры игл феррита в очень мелком перлите.

Что происходит, когда 0.Образец из углеродистой стали с 5% содержанием углерода охлаждается, начиная с температуры выше 723 ° C, линия температуры показана ниже:

Более сложные изменения, которые происходят при очень быстром охлаждении аустенита, приводящем к очень твердым структурам, могут быть объяснены диаграммой время-температура-превращение (3T) или S-образными кривыми, так называемыми из-за их формы (также известными как изотермические превращения ).

Указывается, что когда сталь нагревается выше линии GS, карбид железа в железе разлагается; все железо превратится в γ-железо, а весь углерод перейдет в раствор (полученная структура известна как аустенит).Когда аустенитную сталь резко охлаждают до температуры ниже 723 ° C и выдерживают при этой температуре в течение разного времени, образуются различные типы структур разной твердости.

Преобразование для разных температур начинается и заканчивается в разное время. S-кривые или ST-кривые - это графики на полулогарифмической бумаге, которые показывают время, в которое результирующее превращение начинается и заканчивается, когда аустенитная сталь быстро закаливается до определенной температуры. Инжир.1.15 показывает такую ​​кривую.

Можно отметить, что если превращение происходит при температуре около 723 ° C (A 1 ), полученная структура будет крупнозернистым перлитом, а сталь будет относительно мягкой. При понижении температуры превращения перлит становится мельче, а сталь становится тверже.

Эта тенденция продолжается до достижения температуры около 565 ° C (A 0 ), ниже которой до температуры 150 ° C (A 0 ’) получается новая структура, известная как бейнит.Он состоит из перистого сочетания карбида железа и феррита. Структура около температуры A 0 напоминает перлит, а структура около A 0 ‘более тонкая и твердая и имеет более игольчатую структуру типа Видманштеттена.

Если температура превращения ниже 150 ° C, образуется структура, известная как мартенсит. Аустенит в основном состоит из дельта-железа и имеет гранецентрированную кубическую форму, тогда как железо при низкой температуре имеет объемноцентрированную кубическую форму.

Таким образом, обычное превращение дельта-железа в альфа-железо при охлаждении требует значительного перенастройки атомов железа, для чего требуется время. Если закалить материал с очень высокой скоростью, металл не успевает перестроиться и образуется переохлажденное дельта-железо.

Переохлаждение железа из аустенитной формы делает атомы менее подвижными и увеличивает время, необходимое для нормального перехода из дельта в альфа, и подвергает материал очень большим внутренним напряжениям из-за присутствующего избыточного углерода.Конечный результат - образование искаженной формы феррита с тетрагональным мартенситом. Получающийся в результате перенасыщенный твердый раствор углерода в объемноцентрированном тетрагональном искаженном феррите очень твердый и хрупкий и известен как мартенсит.

На рис. 1.16 показано образование феррита, перлита и цементита при изменении содержания углерода до 1,2% и изменении механических свойств.

Сравнение фазовых превращений в сталях

Фазовые превращения в сталях можно сравнить с превращениями твердых растворов (полностью растворимых) и кристаллических смесей (полностью нерастворимых).

На рисунке ниже показана стальная часть фазовой диаграммы железо-углерод метастабильной системы. Более пристальный взгляд на линии трансформации под линией солидуса показывает горизонтальную «К», типичную для сплавов, компоненты которых нерастворимы друг в друге.

Рисунок: Фазовая диаграмма железо-углерод (упрощенная)

И действительно, фазовые превращения затвердевшей стали можно рассматривать по аналогии с таким сплавом, в котором участвующие компоненты нерастворимы в твердом состоянии.В конце концов, углерод в решетке \ (\ alpha \) - железа также (почти) нерастворим при комнатной температуре и, следовательно, в основном представляет собой смешанный кристаллический сплав.

Аналогия обеих фазовых диаграмм и их различия объясняются более подробно ниже.

Существенное различие между двумя фазовыми диаграммами состоит в том, что процессы превращения на фазовой диаграмме железо-углерод происходят не в жидком состоянии, а в твердом состоянии. По этой причине проводится различие между терминами эвтектика («происходящий из расплава») и эвтектоид («происходящий из твердого состояния»).

Рисунок: Сравнение фазовой диаграммы железо-углерод с фазовой диаграммой кристаллической смеси

Хотя сплав кристаллической смеси A / B изначально присутствует в виде гомогенного жидкого раствора (\ (Li \)), сталь изначально также присутствует в форма однородного твердого раствора аустенита (\ (Au \)). Это однофазные области, так как присутствует только расплав или аустенит.

Наконец, в случае доэвтектических сплавов A / B, первичные кристаллы, состоящие только из атомов (\ (A \)), выделяются, когда температура опускается ниже соответствующей фазовой линии, в то время как феррит (\ (Fe \)) выделяется в случай доэвтектоидных сталей.Это двухфазные области. Обратите внимание, что компоненты, которые наносятся в крайнее левое положение от оси концентрации, то есть чистое вещество \ (A \) или чистое железо \ (Fe \), осаждаются.

И наоборот, первичные кристаллы, состоящие только из B, осаждаются в заэвтектических сплавах и цементите (\ (Ce \)) в заэвтектических сталях. Опять же, это компоненты, которые нанесены на крайний правый угол оси концентрации. Обратите внимание, что фазовая диаграмма стали нарушена при 2,06% углерода.Обычно фазовая диаграмма справа заканчивается 100% цементитом (подробнее об этом в статье здесь).

Для доэвтектических сплавов остаточный расплав обогащается атомами B за счет осаждения первичных кристаллов A до окончательного достижения эвтектического состава. Аналогичным образом остаточный аустенит обогащается атомами углерода до эвтектоидного состава за счет выделения феррита.

И наоборот, в случае заэвтектических сплавов выделение первичных кристаллов B в остаточном расплаве приводит к снижению концентрации B до эвтектического состава.Аналогично, в заэвтектоидных сталях цементит выделяется на границах зерен до тех пор, пока содержание углерода в остаточном аустените не упадет до эвтектоидного состава. Как в случае сплава кристаллической смеси A / B, так и в случае сталей эти процессы выделения происходят в двухфазной области при термической остановке.

Когда достигается эвтектический состав в остаточном расплаве, он, наконец, превращается при постоянной температуре в эвтектику, то есть в мелкодисперсную смесь компонентов A и B, которые нерастворимы друг в друге.Таким же образом остаточный аустенит в сталях превращается в эвтектоидный перлит после достижения эвтектоидного состава, то есть в мелкодисперсную смесь компонентов феррита и цементита, которые нерастворимы друг в друге.

В затвердевшем состоянии доэвтектические сплавы в конечном итоге состоят из осажденных первичных кристаллов A и эвтектики, образованной из остаточного расплава. В заэвтектических сплавах, с другой стороны, микроструктура содержит выделившиеся первичные кристаллы B, между которыми снова находится эвтектика.По аналогии микроструктура доэвтектоидных сталей состоит из выделившихся кристаллов феррита и эвтектоидного перлита, образовавшегося из остаточного аустенита. Однако в заэвтектоидных сталях микроструктура показывает осажденный цементит на границах зерен в дополнение к эвтектоиду.

фазовая диаграмма железо углерод | Металлургия для чайников

Исследование микроструктуры всех сталей обычно начинается с бинарной фазовой диаграммы метастабильное железо-углерод (Fe-C) (рис. 1).Он обеспечивает неоценимую основу для получения знаний как об углеродистых, так и о легированных сталях, а также о ряде различных термических обработок, которым они обычно подвергаются (закалка, отжиг и т. Д.).
Рисунок 1. Фазовая диаграмма железа и углерода

На низкоуглеродистом конце метастабильной фазовой диаграммы Fe-C мы выделяем феррит (альфа-железо), который может растворять не более 0,028 мас. % C при 738 ° C и аустенит (гамма-железо), который может растворять 2,08 мас. % С при 1154 ° С. Гораздо большее фазовое поле гамма-железа (аустенита) по сравнению с фазовым полем альфа-железа (феррита) ясно указывает на значительно более высокую растворимость углерода в гамма-железе (аустенит), максимальное значение равно 2.08 вес. % при 1154 ° C. Закалка углеродистых сталей, как и многих легированных сталей, основана на этой разнице в растворимости углерода в альфа-железе (феррит) и гамма-железе (аустенит).

На богатой углеродом стороне метастабильной фазовой диаграммы Fe-C мы находим цементит (Fe3C). Менее интересен, за исключением высоколегированных сталей, дельта-феррит при самых высоких температурах.

Для подавляющего большинства сталей используются всего два аллотропа железа: (1) альфа-железо, которое представляет собой объемноцентрированный кубический (ОЦК) феррит, и (2) гамма-железо, которое представляет собой гранецентрированный кубический (ГЦК) аустенит. .При атмосферном давлении феррит BCC стабилен при всех температурах до 912 ° C (точка A3), когда он превращается в аустенит FCC. Он превращается в феррит при 1394 ° C (точка A4). Этот высокотемпературный феррит называется дельта-железом, хотя его кристаллическая структура идентична альфа-ферриту. Дельта-феррит остается стабильным до плавления при 1538 ° C.

Области со смесями двух фаз (например, феррит + цементит, аустенит + цементит и феррит + аустенит) находятся между однофазными полями.При самых высоких температурах можно обнаружить поле жидкой фазы, а ниже - двухфазные поля (жидкость + аустенит, жидкость + цементит и жидкость + дельта-феррит). При термической обработке стали всегда избегают жидкой фазы.

Стальная часть фазовой диаграммы Fe-C охватывает диапазон от 0 до 2,08 мас. % C. Чугунная часть фазовой диаграммы Fe-C охватывает диапазон от 2,08 до 6,67 мас. % С.

Стальную часть метастабильной фазовой диаграммы Fe-C можно подразделить на три области: доэвтектоид (0 <вес.% C <0,68 мас. %), эвтектоид (C = 0,68 мас.%) и заэвтектоид (0,68 <мас.% C <2,08 мас.%).

Очень важный фазовый переход на метастабильной фазовой диаграмме Fe-C происходит при 0,68 мас. % C. Превращение эвтектоидное, продукт его называется перлит (феррит + цементит):

гамма-железо (аустенит) -> альфа-железо (феррит) + Fe3C (цементит).

Некоторые важные границы на однофазных месторождениях получили специальные названия. К ним относятся:

  • A1 - Так называемая эвтектоидная температура, минимальная температура для аустенита.
  • A3 - Нижняя температура области аустенита при низком содержании углерода, то есть граница гамма / гамма + феррит.
  • Acm - двойная граница для высокого содержания углерода; т.е. граница гамма / гамма + Fe3C.

Иногда используются буквы c, e или r:

  • Accm - В заэвтектоидной стали температура, при которой растворение цементита в аустените завершается во время нагрева.
  • Ac1 - Температура, при которой аустенит начинает образовываться во время нагревания, причем c происходит от французского chauffant.
  • Ac3 - Температура, при которой завершается превращение феррита в аустенит во время нагрева.
  • Aecm, Ae1, Ae3 - температуры фазовых переходов при равновесии.
  • Arcm - В заэвтектоидной стали температура, при которой начинается осаждение цементита во время охлаждения, причем r определяется французским рефроидиссантом.
  • Ar1 - Температура, при которой завершается превращение аустенита в феррит или в феррит с цементитом во время охлаждения.
  • Ar3 - Температура, при которой аустенит начинает превращаться в феррит во время охлаждения.
  • Ar4 - Температура, при которой дельта-феррит превращается в аустенит во время охлаждения.

При добавлении легирующих элементов в железоуглеродистый сплав (сталь) положение границ A1, A3 и Acm, а также эвтектоидный состав изменяются. Как правило, элементы, стабилизирующие аустенит (например, никель, марганец, азот, медь и т. Д.), Снижают температуру A1, в то время как элементы, стабилизирующие феррит (например,например, хром, кремний, алюминий, титан, ванадий, ниобий, молибден, вольфрам и т. д.) повышают температуру A1.

Содержание углерода, при котором достигается минимальная температура аустенита, называется содержанием эвтектоидного углерода (0,68 мас.% C в случае метастабильной фазовой диаграммы Fe-C). Смесь фаз феррит-цементит этого состава, образующаяся при медленном охлаждении, имеет характерный внешний вид и называется перлитом, и ее можно рассматривать как микроструктурную единицу или микрокомпонент.Это совокупность чередующихся пластин феррита и цементита, которая после длительной выдержки при температуре, близкой к A1, превращается в частицы цементита, диспергированные в ферритной матрице.

Наконец, у нас есть начальная температура мартенсита Ms и конечная температура мартенсита Mf:

  • Ms - самая высокая температура, при которой начинается превращение аустенита в мартенсит во время быстрого охлаждения.
  • Mf - Температура, при которой заканчивается образование мартенсита во время быстрого охлаждения.

Возможно вам понравится

Случайные сообщения

  • Инновация, вдохновленная природой, часть 2
    Если вы когда-либо пытались сорвать мидию с камня или сваи пирса, вы, вероятно, заметили, что они точно знают, как придерживаться ...
  • Усталость Свойства
    При рассмотрении реакции металлических материалов на циклическую нагрузку важно различать компоненты ...
  • Явления переноса
    В технике и физике изучение явлений переноса касается обмена массой, энергией или импульс между...
  • Свариваемость конструкционных сталей
    Если подготовка шва хорошая и устранены дефекты, вызванные оператором (например, отсутствие проплавления или плавления), все проблемы ...
  • Фазы железо-углерод
    Кристаллическая структура сталь меняется с повышением температуры. Для чистого железа это изменение происходит при 910 ° C. Тело ...

Фазовая диаграмма углерода железа ... - Металлургия

Фазовая диаграмма углерода железа

Опишите диаграмму Fe-C?

Фазовая диаграмма железо-углерод - это нечто большее, чем связанное с основной цепью.В частности, есть некоторая номенклатура, которую я избегал в основном тексте, но она важна для понимания других работ о чугуне и стали.

Важные границы (линии), разделяющие фазы, имеют несколько общепринятых сокращений:

A1: Верхний предел поля фазы феррит / цементит (горизонтальная линия, проходящая через точку эвтектоида).
A2: Температура, при которой железо теряет свой магнетизм (так называемая температура Кюри).
Обратите внимание, что для чистого железа он все еще находится в a-фазе.
A3: Граница между g-аустенитом и полем аустенита / феррита.
A4: Точка в этом случае, когда a меняется на d при высоких температурах.
ACM: граница между аустенитом и полем аустенита / цементита.

В своей простейшей форме стали представляют собой сплавы железа (Fe) и углерода (C). Изучение строения и структуры железа и стали начинается с фазовой диаграммы железо-углерод. Это также основа понимания термической обработки сталей.

В системе железа и углерода есть несколько важных металлургических фаз и микрокомпонентов.На конце с низким содержанием углерода находятся феррит (альфа-железо) и аустенит (гамма-железо). Феррит может растворять не более 0,028 мас.% C при 727 ° C, а аустенит (гамма-железо) может растворять 2,11 мас.% C при 1148 ° C. На богатой углеродом стороне присутствует цементит (Fe3C).
Между однофазными полями находятся области со смесями двух фаз, таких как феррит и цементит, аустенит и цементит и феррит и аустенит. При самых высоких температурах можно найти поле жидкой фазы, а ниже - двухфазные поля жидкость и аустенит, жидкость и цементит и жидкость и феррит.При термической обработке стали всегда избегают жидкой фазы. Некоторым важным границам однофазных полей присвоены специальные имена, облегчающие понимание диаграммы.
Основными микроструктурами железа и стали в равновесии являются
1. Аустенитная или гаммаироновая фаза. Аустенит является высокотемпературной фазой и имеет гранецентрированную кубическую структуру (ГЦК) (которая представляет собой структуру с плотной упаковкой). гамма-железо обладает хорошей прочностью и ударной вязкостью, но нестабильно ниже 723 ° C.
2. Фаза феррита или альфа-железа. Это относительно мягкая низкотемпературная фаза, которая является стабильной равновесной фазой. Феррит является обычным компонентом стали и имеет объемно-центрированную кубическую структуру (BCC) (которая имеет менее плотную упаковку, чем FCC). β-железо мягкое, пластичное, имеет низкую прочность и хорошую вязкость.
3. Цементит - это Fe3C или карбид железа. Это промежуточное соединение Fe и C. Он имеет сложную орторомбическую структуру и является метастабильной фазой. Он твердый, хрупкий, имеет низкую прочность на разрыв, хорошую прочность на сжатие и низкую вязкость
4.Перлит представляет собой смесь фаз феррит-цементит. Он имеет характерный внешний вид и может рассматриваться как микроструктурный элемент или микрокомпонент. Это совокупность чередующихся пластин феррита и цементита, которая вырождается («сфероидизируется» или «укрупняется») в частицы цементита, диспергированные с ферритной матрицей, после продолжительной выдержки при температуре ниже 723 ° C. Это эвтектоид со структурой BCC. Это частично растворимый раствор Fe и C. Он имеет высокую прочность и низкую вязкость.
В случае неравновесного затвердевания системы Fe-C могут образоваться следующие основные микроструктуры.
• Бейнит - это фаза между перлитом и куницей. Это жесткий метастабильный микрокомпонент; неламеллярная смесь феррита и цементита в очень мелком масштабе. Верхний бейнит образуется при более высоких температурах и имеет перистый вид. Нижний бейнит образуется при более низких температурах и имеет игольчатый вид. Твердость бейнита увеличивается с понижением температуры образования. У него хорошая сила и стойкость.
• Мартенсит образуется при быстром охлаждении, он твердый и хрупкий.Это перенасыщенный раствор атомов углерода в феррите. Он имеет структуру ОЦТ и твердую метастабильную фазу. Он имеет реечную морфологию при 1,0 мас.% C и их смеси. Он имеет высокую прочность и твердость и низкую вязкость.
• Сорбит / троостит
На диаграмме Iron-C есть много температур и критических точек, которые важны как с основной, так и с практической точки зрения.
• Температура A1, при которой происходит эвтектоидная реакция, составляет 723 град. C на схеме.A1 называется эвтектоидной температурой и является минимальной температурой для аустенита.
• На более низкотемпературной границе аустенитной области при низком содержании углерода? /? +? граница.
• Acm - соответствующая граница для высокого содержания углерода, то есть? /? + Fe3C граница (перлитная граница). Содержание углерода, при котором достигается минимальная температура аустенита, называется содержанием эвтектоидного углерода (0,77 мас.% C).
• Температура А4, при которой аустенит превращается в α-железо, 1390 ° C.C в чистом железе, но эта температура повышается по мере добавления углерода.
• Температура A2 - это точка Кюри, когда железо переходит из ферро-в парамагнитное состояние. Эта температура составляет 769 градусов по Цельсию. C для чистого железа, но без изменения кристаллической структуры.
• Accm - температура в заэвтектоидной стали, при которой растворение цементита в аустените завершается во время нагрева.
• Ac1 - это температура, при которой аустенит начинает образовываться во время нагревания, причем c происходит от французского chauffant.
• Ac3 - температура, при которой завершается превращение феррита в аустенит во время нагрева.
• Aecm, Ae1, Ae3 - температуры фазовых переходов при равновесии.
• Arcm - это температура в заэвтектоидной стали, температура, при которой начинается осаждение цементита во время охлаждения, причем r происходит от французского рефроидиссанта.
• Ar1 - это температура, при которой во время охлаждения завершается превращение аустенита в феррит или в феррит с цементитом.
• Ar3 - это температура, при которой аустенит начинает превращаться в феррит во время охлаждения.
• Ar4 - это температура, при которой дельта-феррит превращается в аустенит во время охлаждения.
• Ms (или Ar ») - температура, при которой начинается превращение аустенита в мартенсит во время охлаждения.
• Mf - температура, при которой заканчивается образование мартенсита во время охлаждения.
Все изменения, кроме образования мартенсита, происходят при более низких температурах во время охлаждения, чем во время нагрева, и зависят от скорости изменения температуры.
Преобразование аустенит-феррит

В равновесных условиях проэвтектоидный феррит образуется в сплавах железо-углерод, содержащих до 0,8% углерода. Реакция происходит при 910 градусах. C в чистом железе, но имеет место между 910 град. C и 723 град. C в сплавах железо-углерод.
Однако при закалке из аустенитного состояния до температур ниже эвтектоидной температуры Ae1 феррит может быть сформирован до температур до 600 ° C. C. При понижении температуры превращения наблюдаются выраженные морфологические изменения, которые следует подчеркнуть в целом применительно к гипо- и гиперэвтектоидным фазам, хотя в каждом случае будут различия из-за точной кристаллографии вовлеченных фаз.Например, те же принципы применимы к образованию цементита из аустенита, но отличить феррит от цементита морфологически несложно.
Преобразование аустенит-цементит
Классификация Дюбе одинаково хорошо применима к цементиту различной морфологии, образующемуся при все более низких температурах превращения. Первоначальное развитие аллотриоморфов по границам зерен очень похоже на развитие феррита, а рост боковых пластин или видманштатенского цементита происходит по той же схеме.Пластины цементита имеют более строго кристаллографическую форму, несмотря на то, что ориентационные отношения с аустенитом являются более сложными.
Как и в случае с ферритом, большинство боковых пластин происходит от аллотриоморфов границ зерен, но в реакции с цементитом больше боковых пластин зарождается на границах двойников в аустените.
Реакция аустенит-перлит

Перлит - наиболее известная микроструктурная особенность во всей металлографии. Он был открыт Сорби более века назад, который правильно предположил, что это пластинчатая смесь железа и карбида железа.
Перлит - очень распространенный компонент самых разных сталей, где он обеспечивает существенный вклад в прочность. Пластинчатые эвтектоидные структуры этого типа широко распространены в металлургии, и часто перлит используется как общий термин для их описания.
Эти структуры имеют много общего с реакциями клеточного осаждения. Оба типа реакции происходят путем зарождения и роста и, следовательно, контролируются диффузией. Зародыши перлита встречаются на границах зерен аустенита, но очевидно, что они также могут быть связаны как с доэвтектоидным ферритом, так и с цементитом.В товарных сталях перлитные включения могут образовываться на включениях.

Можно видеть, что диаграмма нормального углеродного равновесия железа представляет собой метастабильное равновесие между железом и карбидом железа. Цементит метастабилен, поскольку истинное равновесие находится между железом и графитом. Хотя графит широко присутствует в чугунах (от 2 до 4 мас.% Углерода), обычно трудно получить эту равновесную фазу в сталях (от 0,03 до 1,5 мас.% Углерода). Поэтому обычно рассматривается метастабильное равновесие между железом и карбидом железа, поскольку оно имеет отношение к поведению различных сталей на практике.
При сравнении аустенита (гамма-железа) с ферритом (альфа-железом) было замечено, что растворимость углерода больше в аустените с максимальным значением чуть более 2 мас.% При 1147 град. Эта высокая растворимость углерода в аустените чрезвычайно важна при термообработке, когда обработка раствора в аустените с последующей быстрой закалкой до комнатной температуры позволяет образовывать перенасыщенный твердый раствор углерода в железе.
Ферритная фаза ограничена максимальной растворимостью углерода 0.02 мас.% При 723 град. C. Поскольку содержание углерода в обычных сталях составляет от 0,05 до 1,5 мас.%, Феррит обычно связан с цементитом в той или иной форме. Точно так же β-фаза очень ограничена и находится в диапазоне температур между 1390 и 1534 град. C и полностью исчезает, когда содержание углерода достигает 0,5 мас.%.

(PDF) Алюминий - Углерод - Железо

129

Landolt-Börnstein

Новая серия IV / 11A1 MSIT®

Al – C – Fe

Насыщение в тройных системах с высоким содержанием железа и углеродом Fe-C- X1-X2 ”(на немецком языке

), Giessereiforsch., 39, 104-113 (1987) (Review, Equi. Diagram, Thermodyn., 19)

[1987Yok] Yokokawa, H. Fujishige, M., Ujie, S., Dakiya, M., «Фазовые отношения, связанные с доменная печь для алюминия

: расплавы оксикарбида алюминия и жидкие сплавы Al-CX (X = Fe, Si)

”, Металл. Пер. B, 18B, 433-444 (1987) (Review, Thermodyn., 74)

[1988Mag] Magnin, P., Kurz, W., «Стабильные и метастабильные температуры эвтектики Fe-C с небольшими добавками

Третий элемент », З.Metallkd., 79, 282-284 (1988) (Experimental, 5)

[1989Jun] Юнг И., Саутхофф Г., «Поведение при высокотемпературной деформации фаз перовскита

Fe3AlC и Ni3AlC», Z. Metallkd., 80, 490-496 (1989) (Experimental, 45)

[1989Ode] Oden, LL, «Фазовые равновесия в системе Al-Fe-C: изотермические секции от 1500 ° C до

2300 ° C. », Металл. Пер. A, 20A, 2703-2706 (1989) (Experimental, Equi. Diagram, #, *, 12)

[1990Gho] Ghosh, G., «Al-C-Fe (алюминий-углерод-железо)», MSIT Ternary Программа оценки, в

MSIT Workplace, Effenberg, G.(Ред.), MSI, Materials Science International Services

GmbH, Штутгарт; Идентификатор документа: 10.13509.1.20 (1990) (Equi. Diagram, Review, 40)

[1991Jia] Цзянь, Л., Уэйман, К.М., «Оценка Fe-7Al-2C как сплава с памятью формы», Scr. Металл.

Mater., 25 (11), 2435-2440 (1991) (Experimental, 13)

[1991Kum] Kumar KCH, Raghavan, V., «Термодинамический анализ системы Al-C-Fe»,

J. Phase Equilib., 12 (3), 275-286 (1991) (Equi. Diagram, *, 32)

[1991Sar] Sarreal, J.А., Кох, C.C., "Метастабильные микроструктуры быстро затвердевших и

недостаточно охлажденных сплавов Fe-Al-C и Fe- (Ni, Mn) -Al-C", Mater. Sci. Англ. A, 136, 141-149

(1991) (Crys. Structure, Equi. Diagram, Experimental, 12)

[1992Put] Путятин, А.А., Давыдов, В.Е., Нестеренко, С.Н., “Высокотемпературные взаимодействия в

Система Fe-Al-C при давлении 6 ГПа », J. Alloy. Compd., 179 (1-2), 165-175 (1992) (Equi.

Diagram, Experimental, #, *, 16)

[1992Ueh] Uehara, S., Кадзивара, С., Кикучи, Т., «Происхождение аномально большой тетрагональности мартенсита

в сплавах высокоуглеродистого железа, содержащих алюминий», Mater. Trans., JIM, 33 (3),

220-228 (1992) (Crys. Structure, Experimental, 34)

[1993Rag] Рагхаван, В., «Al-C-Fe (алюминий-углерод-железо) ”, J. Phase Equilib., 14 (5), 615-616

(1993) (Equi. Diagram, Review, 10)

[1994Mor] Моравецкий В.И., Андрющенко В.А., Шелудченко Л.М.,« Компьютерное моделирование. of

Электронная структура карбидной фазы Fe (4-y) Al (y) C в ее пара- и ферромагнитном состояниях

», J.Phys. Chem. Solids, 55 (2), 195-200 (1994) (Crys. Structure, Theory, 9)

[1994Oda] Ода, К., Фуджимура, Х., Ино, Х., «Локальные взаимодействия углерода-углерода и Атомные пары углерода-M (M:

,

Al, Mn, Ni) в FCC (-Iron », J. Phys., Condens. Matter, 6, 679-692 (1994)

(Experimental, 32)

[ 1995 Фудж] Фуджимура, Х., Ино, Х., «Упорядочение (-фаз и образование 6-фаз в закаленных расплавом сплавах

Fe-Al-C и магнитных структурах Treir» (на японском языке), J.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *