Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Цементит (Ц или Fe₃C) обладает сложной ромбической решеткой. Под микроскопом эта структурная составляющая имеет вид пластинок или зерен различной величины. Цементит тверд (800 НВ) и хрупок, пластичность его близка к нулю. Различают цементит, выделяющийся при первичной кристаллизации из жидкого сплава (первичный цементит).

Цементит, выделяющийся из твердого раствора γ-аустенита (вторичный цементит). Кроме того, при распаде твердого раствора α выделяется третичный цементит. Все формы цементита имеют одинаковое кристаллическое строение и свойства, но различную величину частиц - пластинок или зерен. Наиболее крупными являются частицы Ц_Ⅰ, а наиболее мелкими Ц_Ⅲ. До 217°С (точка Кюри) цементит ферромагнитен, а при высоких температурах - парамагнитен. Название обусловлено структурой, похожей на цемент. Феррит (Ф, α, Fe_α) - это твердый раствор внедрения С в Fe_α.

Феррит ( от ferrum - железо по латински) обладает решеткой К6; под микроскопом имеет вид светлых зерен различной величины. Феррит мягок (твердость 80 НВ) и пластичен. Пластичность феррита зависит от величины зерна: чем мельче зерна, тем пластичность выше. До 768°С (точка Кюри) он феррамагнитен, а при более высоких температурах парамагнитен.

Аустенит (по имени английского ученого Р.Аустена) (А, γ или Fe_γ(С)) - это твердый раствор внедрения С в Fe_γ. Аустенит обладает решеткой К12; под микроскопом имеет вид светлых зерен с двойными линиями. Твердость его 220 НВ. Аустенит парамагнитен. Графит обладает решеткой Г6 со слоистым расположением атомов. Под микроскопом он имеет вид пластинок различной формы и величины (серые чугуны); хлопьев (ковкие чугуны), а также шарообразную форму (высокопрочные чугуны). При 1147°С у сплавов, содержащих больше 2,14% С, проходит эвтектическое превращение (образование ледебурита).

Ледебурит (Л) (по имени немецкого ученого А.Ледебура) - это смесь аустенита и цементита. Он возникает в процессе первичной кристаллизации при 1147°С. Входящий в состав ледебурита аустенит при 727°С превращается в перлит, а в интервале от 727°С до обычных температур порядка 20°С ледебурит состоит из смеси перлита и цементита. Твердость его около 700 НВ, и он обладает значительной хрупкостью. Ледебурит характерен для структуры белых чугунов. При 727°С у сплавов с содержанием 0,02-0,025% С проходит эвтектоидное (перлитное) превращение.

Перлит (П) (название получено по структуре, имеющей вид перламутра) - это эвтектоидная смесь феррита и карбида, образующаяся из аустенита при вторичной кристаллизации и содержащая 0,8% С. Перлит может иметь пластинчатое строение (если цементит в виде пластинок) или зернистое строение (если цементит в виде зерен). В зависимости от строения твердость его 160-190 НВ (для зернистого) и 190-230 НВ (для пластинчатого). Зернистый перлит пластичней.

Железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун

Наиболее широкое применение в современном машиностроении имеют железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун.

Сталь — это сплав железа с углеродом; содержание углерода в стали не превышает 2%.

К сталям относятся:

• техническое железо,

• конструкционная и

• инструментальная сталь.

Чугун — сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Среднее содержание углерода в чугуне 2,5—3,5%.

Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют примеси:

• кремний и марганец в десятых долях процента (0,15— 0,60%)

• сера и фосфор в сотых долях процента (0,05—0,03%) каждого элемента.

Сталь

Сталь с содержанием углерода до 0,7% применяется для изготовления:

• листов,

• ленты,

• проволоки,

• рельсов,

• таврового и уголкового железа,

• различного фасонного профиля,

• а также для многочисленных деталей в машиностроении: шестерни, оси, валы, шатуны, болты, молотки, кувалды и т.п.

Сталь с содержанием углерода свыше 0,7% применяется для изготовления различного режущего инструмента:

• резцы,

• сверла,

• метчики,

• бородки,

• зубила и др.

Свойства стали зависят от содержания углерода. Чем больше углерода, тем сталь прочнее и тверже.

Чугун

Машиностроительный чугунприменяют для производства отливок всевозможных деталей машин.

По составу и строению чугуны делятся на:

• белый,

• серый,

• ковкий.