2. Структура сталей.

Сталі залежно від вмісту вуглецю поділяються на:

• доевтектоїдні (С < 0,8 %);

• евтектоїді (С = 0,8 %);

• заевтектоїдні (С > 0,8 %).

Це ілюструє діаграма стану Fe-Fe₃C

Рисунок 3.1 – Діаграма стану Fe-Fe₃C

А – аустеніт (твердий розчин С в Fe_γ);

Л – ледебурит (механічна суміш аустеніту і цементиту первинного);

П – перліт (механічна суміш фериту і цементиту);

Ф - ферит (твердий розчин С в Fe_α);

Ц – цементит (карбід заліза Fe₃C).

Структура доевтектоїдної сталі при кімнатній температурі представляє ферит і перліт. При цьому чим більше в сталі вуглецю, тим більше перліту. На рис. 3.2 представлена мікроструктура доевтектоїдної сталі з різним відсотком вуглецю.

а б в

Рисунок 3.2 – Мікроструктура доевтектоїдних сталей:

а- сталь 20 (0,2 % С); б – сталь 40 (0,4 % С); в – сталь 60 (0,6 % С).

а б

Рисунок 3.3 – Мікроструктура сталі:

а – евтектоїдної У8 (0,8 % С); б – заевтектоїдної У10 (1,0 % С).

На рис. 3.3 а показана структура евтектоїдної сталі, що має структуру перліту, а на рис. 3.3 б – структура заевтектоїдної сталі, що складається із зерен перліту, по границях яких розміщена цементитна сітка.

З підвищенням концентрації вуглецю в сталі зменшується кількість м’якого фериту і зростає частка твердого і крихкого цементиту, який або входить до складу перліту, або існує самостійно у вигляді структурної складової (у випадку заевтектоїдної сталі). Це призводить до того, що з підвищенням вмісту вуглецю збільшується твердість і міцність сталі, але зменшується її пластичність.

Така закономірність спостерігається при підвищенні вмісту вуглецю до 0,8 %. Якщо вуглецю більше 0,8 %, то твердість сталі буде зростати, а міцність почне знижуватися, тому що більша кількість цементиту збільшує крихкість сталі.

Таким чином доевтектоїдні сталі мають достатньо високу пластичність, але невисоку твердість. Тому доевтектоїдні сталі застосовують для виготовлення деталей машин і металоконструкцій, де необхідне сполучення високої пластичності і високої міцності.

Заевтектоїдні сталі відрізняються високою твердістю і невисокою пластичністю, тому їх застосовують для виготовлення інструментів.

3. Структура чавунів.

До чавунів відносяться сплави заліза з вуглецем, що вміщують більше 2,14 % вуглецю. Розрізняють білі та графітизовані чавуни.

У білих чавунах вуглець повністю знаходиться у зв’язаному стані у вигляді цементиту. У графітизованих чавунах вуглець знаходиться у вільному стані у вигляді графіту.

За вмістом вуглецю білі чавуни поділяються на:

• Доевтектичні (С < 4,3 %);

• Евтектичні (С = 4,3 %);

• Заевтектичні (С > 4,3 %).

Білі чавуни внаслідок присутності великої кількості цементиту відрізняються високою твердістю, крихкістю і практично не піддаються обробці різанням, тому мають обмежене застосування.

У графітизованих чавунах присутні графітові включення і металічна основа. Залежно від форми цих включень розрізняють чавуни:

• сірий (з пластинчастим графітом);

• високоміцний (з кулястою формою графіту);

• ковкий (з пластівчастим графітом);

• з вермикулярним графітом (з покрученою формою графіту).

Мікроструктура різних видів чавунів показана на рис. 3.4, 3.5, 3.6.

Рисунок 3.4 – Мікроструктура сірих чавунів (з пластинчастим графітом):

а – феритного; б – перліто-феритного; в – перлітного

Рисунок 3.5 – Мікроструктура ферито-перлітного високоміцного чавуну

Рисунок 3.6 – Мікроструктура ковкого феритного чавуну

Чавуни з пластинчастим графітом називають сірими (СЧ). Структура металічної основи може бути феритною, ферито-перлітною, перлітною.

Чавун, у якого графіт має кулясту форму називають високоміцним (ВЧ), структура металічної основи ферито-перлітна.

Ковкий чавун (КЧ) має пластівчасту форму графітових включень. Ковкий чавун міцніше і пластичніше ніж сірий чавун. Він має феритну або перлітну структуру металічної основи.

Чавун з вермикулярним графітом (ЧВГ)має графітові включення покрученої форми. У металічній основі знаходиться велика кількість фериту (до 70 – 90 %).