Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Структуры могут быть однофазные, двухфазные и многофазные. К однофазным структурам относят феррит, аустенит, цементит.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в Fe_a. В низкотемпературной модификации Fe_a максимальная растворимость углерода равна 0,02% при температуре 727°С (т. Р), в высокотемпературной модификации Fe_a – 0,1% при температуре 1499°С (т. Н). При комнатной температуре в феррите содержится 0,01% С. Характеризуется низкой прочностью (σ_в= 250 МПа) и твердостью 63–130 НВ, высокой пластичностью (относительное удлинение δ = 40 %). На диаграмме состояния феррит занимает область GPQ. Образуется из аустенита (см. рис. 6.2).

Рис. 6.2. Феррит

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в F_Y с ГЦК решеткой. Максимальная растворимость равна 2,14% при температуре 1147°С (т. Е), что практически на два порядка выше, чем в феррите. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (НВ 160...200). Аустенит парамагнитен (см. рис. 6.3).

Рис. 6.3. Аустенит

Рис. 6.4. Феррит и аустенит

Цементит – химическое соединение железа с углеродом. Стехиометрическая формула цементита – Fe₃C (карбид железа), содержит 6,67% С. Цементит имеет сложную орторомбическую кристаллическую решётку (рис. 6.5), обладает высокой твердостью (НВ 800) и большой хрупкостью. Чем больше цементита в сплавах, тем большей твердостью и меньшей пластичностью они обладают. По условиям образования различают: первичный цементит Ц_I (образуется при кристаллизации из жидкости в виде больших светлых кристаллов), вторичный цементит Ц_п (выделяется из аустенита в виде сетки по границам зерен), третичный цементит Ц_ш (выделяется из графита в виде мелких зерен).

В зависимости от условий кристаллизации и последующей обработки цементит может иметь различную форму – равноосных зёрен, сетки по границам зёрен, пластин, а также видманштеттову структуру.

Цементит в разных количествах, в зависимости от концентрации, присутствует в железоуглеродистых сплавах уже при малых содержаниях углерода. Формируется в процессе кристаллизации из расплава чугуна. Выделается в сталях при охлаждении аустенита или при нагреве мартенсита. Цементит является фазовой и структурной составляющей железоуглеродистых сплавов, составной частью ледебурита, перлита, сорбита и троостита. Цементит – представитель так называемых фаз внедрения, соединений переходных металлов с легкими металлоидами. В фазах внедрения велики доля как ковалентной, так и металлической связи. Прочность 8500 МПа.

Рис. 6.5.Кристаллическое строение цементита

К двухфазным составляющим относят перлит и ледебурит.

Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727°С и содержит 0,8% С. Образуется в результате распада аустенита в процессе его охлаждения при температурах ниже 727°C. Перлит в зависимости от формы частичек цементита бывает пластинчатым или зернистым, что определяет его механические свойства. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей (σ_в = 800-900 МПа, δ ≤ 16%, 180-220 HB).

Ледебурит – механическая смесь (эвтектика) в области температур от 1147 до 727°С состоит из аустенита и цементита (А+Ц), а ниже 727°С состоит из перлита и цементита (П+Ц). Содержит 4,3% С.