2 Железо-углеродистые сплавы

ФЕРРИТ – твёрдый раствор внедрения углерода в α-железо; АУСТЕНИТ – твёрдый раствор углерода в γ-железо; ЦЕМЕНТИТ – карбид железа Fe₃C

Рисунок 19 – Двухкомпонентная диаграмма состояния железо – углерод

Рисунок 20 – Схема процесса производства стали и чугуна

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + ΔH; Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ – ΔH;

FeO + CO = Fe + CO₂ + ΔH

1 – колошник; 2 – засыпной аппарат; 3 – трубы для отвода колошникового газа; 4 – шахта; 5 – распар; 6 – заплечики; 7 – горн; 8 – дно горна – «лещадь»

Рисунок 21 – Устройство доменной печи

Рисунок 22 – Объём пор в решётках α- и γ- железа

Рисунок 23 – Микроструктура железоуглеродистых сплавов

а б

Рисунок 24 – Зависимость механических свойств стали от содержания углерода (а); влияние углерода на хладноломкость сталей (б)

Таблица 2 – Свойства наиболее распространённых углеродистых сталей

обыкновенного качества

Марка стали	С, %	σв, МПа	, %
Ст2	0,09 – 0,15	340 – 440	29
Ст3	0,14 – 0,22	380 – 490	23
Ст4	0,18 – 0,27	420 – 540	21
Ст5	0,28 – 0,37	500 – 640	17

1. Термическая обработка стали

Ф – феррит; Ц – цементит; А - аустенит

Рисунок 25 – Превращения в стали при нагревании

Рисунок 26 – превращение в стали при охлаждении

Рисунок 27 – Диаграмма превращения аустенита при охлаждении

Рисунок 28 – Виды термической обработки

2. Закалка углеродистых сталей

Рисунок 29 – Превращение аустенита в мартенсит при закалке

а б

Рисунок 30 – зависимость твёрдости мартенсита (а) и твёрдости углеродистой стали, закалённой в воде (б), от содержания углерода (НВ – кгс/мм² = 10^-1 МПа)

Рисунок 31 – Зависимость температуры начала и окончания мартенситного превращения от содержания углерода в стали (а); зависимость количества остаточного аустенита в стали после закалки от содержания углерода

Рисунок 32 – Схема образования мартенситных пластин разной длины в одном аустенитном зерне

а б

а– мартенситный рельеф;б– высокоуглеродистый пластинчатый мартенсит и остаточный аустенит

Рисунок 33 – Микроструктура мартенсита

Рисунок 34 – Интервал температур нагрева под закалку углеродистых сталей

1 – идеальный режим охлаждения; 2 – непрерывная закалка в одном охладителе; 3 – прерывистая закалка в двух охладителях; 4 – ступенчатая закалка; 5 – изотермическая закалка

Рисунок 35 – Схема режимов охлаждения при различных способах закалки

V_ц и V_п – скорости охлаждения центра и поверхности изделия; 1 – начало распада аустенита; 2 – окончание распада аустенита

Рисунок 36 – определение критической скорости закалки по

С-диаграмме

а б в

а – несквозная прокаливаемость; б – сквозная прокаливаемость; 1 – кривая распределения скоростей охлаждения по диаметру цилиндра; 2 – критическая скорость охлаждения (заштрихован слой, закалённый на мартенсит); в – распределение твёрдости по диаметру образца (сталь 60), 1 – закалка в воде; 2 – закалка в масле (HRC^пм – твёрдость стали с полумартенситной структурой)

Рисунок 37 – Прокаливаемость цилиндра

а

б

Рисунок 38 – Критический диаметр закалки для углеродистой (а) и легированной (б) стали

а – высокотемпературная термомеханическая обработка стали (ВТМО); б – низкотемпературная термомеханическая обработка стали (НТМО)

Рисунок 39 – Термомеханическая обработка стали