Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Материаловедение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Железо и его сплавы

Компоненты и фазы системы железо — углерод

Сплавы железа с углеродом (стали, чугуны) являются наиболее распространенными материалами в машино- и приборостроении.

Железо (Fe) — блестящий светло-серый металл. Атомный номер 26, плотность 7,87 Мг/м3, температура плавления 1539 °С, температура кипения 2880 °С, модуль нормальной упругости 210 ГПа. Механические свойства железа зависят от его чистоты. Временное сопротивление при растяжении технически чистого железа составляет 300—400 МПа, предел текучести — 100—250 МПа, относительное удлинение — 30—50%, относительное сужение — 70—80%, Н В 60-90.

Углерод (С) в железоуглеродистых сплавах находится в химически связанном или свободном состоянии. Атомный номер 6, плотность 2,6 Мг/м3, температура плавления 4000 °С, температура кипения 4200 °С. Он имеет две кристаллические модификации — графит и алмаз. При нормальных условиях стабилен графит, имеющий гексагональную решетку; алмаз получается при высоких давлениях и температурах, имеет кубическую (метастабильную) решетку.

В зависимости от температуры и содержания углерода железоуглеродистые сплавы образуют ряд структурных составляющих (фаз).

Феррит (Ф) — твердый раствор внедрения углерода в а-железе, имеет кубическую объемно-центрированную решетку, максимальная растворимость при 727°С составляет 0,02%. Феррит магнитен, на диаграмме состояния Fe—С занимает область GPQ (рис. 1.7). Феррит характеризуется низкой прочностью (ов = 250 МПа, о0 2 = = 120 МПа) и твердостью (НВ 80—100) и высокой пластичностью (5 = 50%; |/ = 80%).

Диаграмма состояния железо-углерод

Рис. 1.7. Диаграмма состояния железо-углерод (цементит) Аустенит (А) — твердый раствор внедрения углерода в у-желе- зе, имеет кубическую гранецентрированную решетку. Предельная растворимость углерода в у-железе при температуре 1147 °С — 2,14%. Аустенит немагнитен, на диаграмме состояния занимает область AESG. Он имеет твердость НВ 160 при 5 = 40-50%.

Цементит (Ц) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe2 С), содержит 6,67% С, температура плавления точно не установлена, принимается примерно равной 1260 °С. Цементит магнитен, характеризуется высокой твердостью (> Н В 800) и низкой пластичностью. Цементит является метастабильной фазой и при определенных условиях распадается с выделением свободного графита. В зависимости от условий образования различают цементит первичный, который образуется из жидкости при затвердевании расплава, вторичный — при распаде аустенита и третичный — при выделении углерода из феррита.

Графит представляет собой свободный углерод, он мягок, обладает низкой прочностью и электропроводностью. В чугунах и гра- фитизированной стали он содержится в виде включений. Форма графитовых включений оказывает влияние на механические и технологические свойства сплавов.

Перлит (77) — эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83% С; образуется при 727 °С в результате распада аустенита в процессе его охлаждения: Fey-> Fea( С) + Fe3C. Перлит может быть пластинчатым или зернистым. Это определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет прочность ов = 800 МПа, пластичность 5= 15%, НВ 160-200.

Ледебурит (Л) — механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, образующаяся из жидкого расплава при 1147 °С и содержании 4,3% С. Твердость НВ 600—700, хрупок. Так как при температуре ниже эвтектоидной (ниже 727 °С) аустенит превращается в перлит, то ледебурит ниже эвтектоидной прямой /Г'А'состоит из цементита и перлита.

Помимо упомянутых составляющих в железоуглеродистых сплавах могут быть неметаллические включения (соединения с кислородом, азотом, серой, фосфором и др.), которые с железом образуют различные фазы.

Критические точки на линиях диаграммы Fe — С принято обозначать буквой А с индексом г, если точка находится на кривой охлаждения, и с — на кривой нагрева. При индексах ги с ставится цифра, указывающая положение рассматриваемой точки на линиях. Так, критическую точку перехода ос- в у-железо при 911 °С обозначают^ — при нагреве и Аг — при охлаждении.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>