Диаграмма состояния Fe-Fe3c

На диаграмме Fe-Fe₃C отображается изменение фазового состава сплава в зависимости от температуры и содержания углерода.

точка А — температура плавления чистого железа (1539 ºС);

точка D — температура плавления цементита (1500 ºС);

точка С — эвтектическая точка, имеет минимальную температуру плавления, отсутствует двуфазное состояние;

точка S — эвтектоидная точка, отсутствуют двойные структуры.

линия АСD — ликвидус, выше этой линии все сплавы находятся в жидкой фазе;

АЕСF — солидус, ниже этой линии все сплавы находятся только в твёрдой фазе;

PSK — линия перлитных превращений;

Происходит распад аустенита с образованием перлита.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 0 до 2,14% называются сталями.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% называются чугунами

Углеродистые стали. Легированные стали. Чугуны. Классификация, маркировка, структура, свойства. Углеродистые стали

Выплавляют в доменных печах

99,0 — 99,8% железа переходит в чугун

чугун м.б литейный и передельный.

Из литейного чугуна отливают чугунные изделия, из передельного чугуна получают сталь.

Существуют другие, более прогрессивные методы получения железа.

Классификация

1 По содержанию углерода

1.1 Малоуглеродистые, С≤0,24%;

1.2 Среднеуглеродистые, 0,24%<C<0,50%

1.3 Высокоуглеродистые, С>50%/

2 По структуре

Малоуглеродистые сплавы, с содержанием углерода до 0,02% называются техническим железом.

2.1 Доэвтектоидная сталь

структура Ф+П

0,02%<C<0,8%

2.2 Эвтектоидная сталь

структура 100% П

С=0,8%

2.3 Заэвтектоидная сталь (инструментальная)

структура П+Ц

0,8<C<2,14%

3 По качеству

3.1 Обыкновенного качества

…Ст3, Ст6

Общего назначения.

3.2 Качественные

Применяются для сварных конструкций, в машиностроении.

4 По способу производства

Сталь может производиться тремя методами:

1 Конверторным

2 Мартеновским

3 Электроплавкой

5 По способу раскисления

5.1 Кипящая сталь. Обладает высокой пластичностью, более хладноломка и способна к старению, хуже сваривается.

5.2 Полуспокойная сталь.

5.3 Спокойная сталь.

Зависимость свойств стали от содержания углерода

Свойства стали сильно зависят от содержания углерода

С увеличением содержания углерода увеличиваются:

НВ — твёрдость;

σ_в — предел прочности при растяжении;

σ_0,2 — предел текучести;

уменьшаются:

δ — относительное удлинение;

ψ — ударная вязкость.

Нормальные и вредные примеси в сталях

Полезные (нормальные) примеси

1 Кремний Si до 0,5%

2 Марганец до 0,8%.

Вредные примеси

1 Сера S допускается до 0,06%

При большем содержании серы сталь становится красноломкой, т.е. хрупкой при повышенных температурах (≈800 ºС).

2 Фосфор Р до 0,04%

Про большем содержании вызывает хладноломкость стали, т.е. повышенную хрупкость при низких, а особенно, при отрицательных температурах.

3 Кислород О до 0,03%

Избыточное количество приводит к красно- и хладноломкости

Виды чугунов и их классификация

1 Белые чугуны.

Содержат весь углерод в химически связанном состоянии в виде цементита

Имеют высокую твёрдость и большую хрупкость

Применяется для выплавки стали и получения ковкого чугуна.

Классификация белых чугунов по структуре

1.1 Доэвтектические

2,14<C<4,3 % П+Ц+Л

1.2 Эвтектические

C=4,3 % Л=100 %

3. Заэвтектические

4. 4,3<C<6,67 % Л+Ц

2 Серые чугуны

Литейные чугуны. Применяются в технике и обязательно содержат углерод в свободном состоянии.

Содержание углерода — до 3,8%.

Частицы графита имеют пластинчатую форму.

Классификация серых чугунов в зависимости от металлической основы:

2.1 На ферритной металлической основе

Структура Ф+Гр

2.2 На ферритно-перлитной основе

Ф+П+Гр

2.3 На перлитной основе

П+Гр

3 Ковкие чугуны — применяются в технике

Содержит хлопьевидный графит

4 Высокопрочные чугуны

Содержат шаровидный графит;

Благодаря этому прочность при растяжении и изгибе значительно выше, чем обычного серого чугуна.

Классифицируются так же, как и серые, в зависимости от металлической основы.

Свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы, вида и количества графитных включений.

Термическая обработка стали

Цель термической обработки стали — повышение физико-механических характеристик.

На характер термической обработки влияют следующие факторы:

1 Температура изотермической выдержки;

2 Время изотермической выдержки;

3 Скорость охлаждения.

Диаграмма изотермического распада аустенита

Если сталь со структурой аустенита резко переохладить, то аустенит оказывается в метастабильном состоянии и претерпевает превращение.

Кривая 1 характеризует начало распада, а кривая 2 показывает время, необходимое для полного распада аустенита.

А→Ф + Fe₃C (перлит)

Перлит подразделяют на перлит, сорбит и троостит, которые отличаются лишь степенью дисперсности.

Мартенситное превращение в стали

Мартенсит является упорядоченным пересыщенным твёрдым раствором внедрения углерода в α-железе.

Для протекания мартенситного превращения необходимо постоянно охлаждать сталь до температур ниже М_н.

Мартенсит обладает большой твёрдостью (НВ=600), высокой прочностью, хрупкий.

Промежуточное (бейнитное) превращение

Бейнит состоит из α-твёрдого раствора, претерпевшего мартенситное превращение и частиц карбидов.

Критическая скорость закалки

Минимальную скорость охлаждения, при которой весь аустенит переохлаждается до точки М_Н и превращается в мартенсит называют критической скоростью закалки.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800…200 ºС).

Виды термической обработки стали