Доэвтектоидные стали

Микроструктура доэвтектоидных сталей (до 0,8%С) со­стоит из феррита и перлита (Рис. 3). По мере увеличения содержания углерода в стали количество перлита возраста­ет, а феррита уменьшается. Поэтому по микроструктуре доэвтектойдной стали можно ориентировочно определить содержания в ней углерода. Для этого необходимо опреде­лить площадь в процентах, занимаемую ферритом и пер­литом.

В связи с малой растворимостью углерода в феррите, практически можно допустить, что весь углерод в доэвтек­тойдной стали находится в перлите. Отсюда, содержание углерода "C" стали можно определить по формуле:

где: Р – площадь занимаемая перлитом, %.

0.8 - содержание углерода в перлите, %.

Например, предположим, что 40% всей площади мик­рошлифа, видимой под микроскопом, занято ферритом, а 60% - перлитом. Такая сталь содержит углерода:

Эвтектоидные стали

В эвтектоидных сталях содержится 0,8%С. В отожжен­ном состоянии имеют однородную перлитную структуру (рис. 4). Первичная кристаллизация этих сталей закапчива­ется образованием аустенита и выше критической точки А₁ (727°С) эвтектоидные стали полностью состоят из аусте­нита.

АУСТЕНИТ - твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе. Кристаллическая решетка – ГЦК - кубиче­ская гранецентрированная. Предельная растворимость уг­лерода в аустените равна 2.14% (при 1147°С). Аустенит парамагнитен.

Заэвтектоидные стали

Стали, содержащие углерода от 0,8 до 2,14%, называют­ся заэвтектоидными. Их структура состоит из перлита и вторичного цементита (рис. 6). Вторичный цементит выде­ляется из аустенита при охлаждении стали от линии ES до линии PSK (727°С) вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры.

Вторичный цементит может располагаться в виде свет­лой (при обычном травлении) сетки вокруг перлитных зе­рен или в виде отдельных включений в зависимости от ус­ловий нагрева и охлаждения. При перегреве выше критической точки А₃ в процессе отжига и последующем медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в ви­де сетки по границам зерен. Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более толстой получается цементитная сетка. При незначительном перегреве выше А₁ и несколько ускоренном охлаждении после выдержки образуется зер­нистый цементит.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

п/п	Наименование и марка стали	Содержание углерода, %	Микроструктура
			Зарисовка	Наименование
1	2	3	4	5
1	Сталь 45	0,44	Рис. 2	доэвтектоидная
2	У8	0,8	Рис. 4, 5	эвтектоидная
3	У10	1,0	Рис.3	завтектоидная

Лабораторная работа №4 структура чугунов

Цель работы: ознакомится с микроструктурой белых и графитных чугунов.

Общие сведения

Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% С называется ЧУГУНОМ.

Однако, строго говоря, чугун является многокомпонентным сплавом: в промышленных марках содержится Si, Mn, P, S.

В небольших количествах может присутствовать Cr, Ni, Cu, которые попадаю из руды. Соответственно диаграмма состояния сплавов «железо-углерод» только в первом приближении описывает поведение сплавов, которые относят к чугунам. Вместе с тем, изучение бинарной системы, рассмотрение вопроса в целом, позволяет получить необходимые и наиболее ценные сведения по характеру важнейших структкрно-фазовых изменений, протекающих в чугунах.

Рассматривая область чугунов в диаграмме, следует подчеркнуть, что по сравнению с областью сталей она отличается большей сложностью. Это связано с возможностью выделения углерода в двух формах: связанном (Fe₃C) и свободном (графит) виде. Соответственно отличают метастабильную («Fe-Fe₃C» сплошные линии на рис. 1) и стабильную («Fe-C – пунктирные линии») диаграммы состояния сплавов «железо-углерод».

Решающее влияние на форму выделения углерода оказывают условия кристаллизации (главным образом, скорость охлаждения в зоне первичной кристаллизации) и химический состав чугунов. При малых скоростях кристаллизации (до 10 К/мин) углерод из жидкой фазы выделяется в свободном состоянии (графит), при больших скоростях процесс протекает с выделением углерода в связанном состоянии (цементит). Перегрев чугуна, способствуя растворению твердых частичек (тугоплавкие примеси), являющихся обычно зародышами графита, приводит к образованию метастабильной структуры. Повышение содержания углерода в чугунах увеличивает вероятность и образования графита. Однако снижение углерода отрицательно сказывается на жидкотекучести. Стимулирует процесс графитизации такие элементы, как Si, Ni, Cu (особенно Si). Отбеливающими элементами, препятствующими процессу графитизации, являются S, Mn, Cr и др. поэтому на степень графитизации чугуна регулируется изменением количественного отношения кремния и марганца. Введение в чугун малых добавок Mg, Ca, Al и других элементов, образующие тугоплавкие окиси, на поверхности которых адсорбируются атомы углерода, облегчает образование графита. Такие добавки, изменяющие химический состав чугуна, но влияющие на процесс кристаллизации, называются МОДИФИКАТОРАМИ.

Таким образом, в зависимости от кристаллизации и химического состава, углерод в чугунах может находиться в связанном (цементит) или свободном (графит) состоянии. Соответственно чугуны делятся на две большие группы: БЕЛЫЕ и ГРАФИТНЫЕ.