ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

Диаграмма состояния «Железо-цементит»

В системе Fe-Fe₃C различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы – феррит и аустенит, цементит.

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в -железе. Рещетка ОЦК – объемно центрированный куб. Механические свойства: _в=250 МПа; ₀₂=120МПа; =50%; =80%, НВ 800-1000 МПа.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в  железе. Решетка ГЦК – гранецентрированный куб. Механические свойства: _в=500-800 МПа; =50%; НВ 1600-2000 МПа.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe₃C. Содержание углерода 6,67%. Механические свойства НВ 8 000 МПа, =0%.

Структурные составляющие:

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь двух фаз – феррита и цементита образующиеся из аустенита с содержаием углерода 0,8% при постоянной температуре Т=727⁰ С. Содержание углерода в перлите 0,8%. Механические свойства _в=800 - 900 МПа; =12%; НВ 2000 МПа.

Ледебурит (Л) – эвтектическая механическая смесь двух фаз аустенита и цементита, перлита и цементита при температуре ниже 727⁰ С. Образуется из жидкой фазы с содержанием углерода 4,3% при постоянной температуре Т=1 147⁰ С. При Т=727⁰ С состав ледебурита меняются вследствие эвтектоидного превращения.

Диаграмма состояния железо-цементит

Чугуны

Чугуны – сплавы железа, содержащие углерода более 2,14 % (на практике – не более 4%). Делятся на две группы:

Белые чугуны. Содержат углерод в «связанном» состоянии, виде цементита; особенность – высокая твёрдость (НВ 450-600), низкая пластичность; трудно обрабатываются резанием; не маркируются. Делятся на:

– довтектоидные (2,14 – 4,3 % углерода), структура – перлит+цементит+ледебурит;

– эвтектоидные (4,3 % углерода); структура – ледебурит;

– заэвтектоидные (более 4,3% углерода); структура – ледебурит+первичный цементит.

Применение: шары в шаровых мельницах для размола минералов, рабочие колеса и корпуса насосов для перекачки пульпы

Серые чугуны. Содержат углерод, в основном, в виде графита, который располагается в «матрице» (металлической основе): ферритной, феррито-перлитной, перлитной.

По форме графитовых включений делятся на:

– серые (обычные): пластинчатый графит (Маркировка: буквы зашифровывают название: С – серый, Ч – чугун; цифры указывают предел прочности при испытании на растяжение (в кгс/мм², не менее). Например: чугун СЧ25 – серый чугун, предел прочности при растяжении не менее 25кгс/мм² (или – 250 МПа). Отличаются низкой прочностью и пластичностью, гасят вибрации. Применяются для изготовления литых корпусных деталей металлорежущих станков, двигателей внутреннего сгорания и др.

– ковкие: хлопьевидный графит (Маркировка: буквы указывают название: К – ковкий, Ч – чугун; цифры, следующие за буквами, указывают величину предела прочности при растяжении (кгс/мм², не менее); вторая группа цифр указывает на величину относительного удлинения при испытании на растяжение в %. Например: чугун КЧ37-12 – ковкий чугун с пределом прочности при растяжении не менее 37 кгс/мм² (или 370 МПа) и относительным удлинением не менее 12 %.). получают отжигом белого чугуна. Отличаются высокой пластичностью. Применяются для изготовления в основном тонкостенных деталей в сельскохозяйственном машиностроении, автостроении, деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках: картеров редукторов, ступиц, скоб, фланцев, муфт, гаек и др.

– высокопрочные: шаровидный графит (Маркировка: буквы указывают название: В – высокопрочный, Ч – чугун; цифры указывают величину предела прочности при растяжении (кгс/мм², не менее). Например: чугун ВЧ45 – высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении не менее 45 кгс/мм² (или 450 МПа). Получают модифицированием серого обычного чугуна. Отличаются высокой прочностью. Применяются для изготовления тяжелонагруженных деталей: траверсов прессов, прокатных валиков, коленчатых валов двигателей, дизелей, крышек и корпусов трансмиссии, корпусов насосов и вентилей и др.

Углеродистые стали.

Сталь – сплав железа с углеродом, с содержанием углерода (С) не более 2,14 %.

По содержанию углерода и по структуре в соответствии с диаграммой Fe-Fe₃C подразделяют:

• на ферритные (С ≤ 0,005 %);

• доэвтектоидные (0,025 % ≤ С ≤ 0,8 %);

• эвтектоидные ( С = 0,8 %);

• заэвтектоидные (0,8 % ≤ С ≤ 2,14 %).

Стали содержат примеси (Si, Mn, S, P, O, H, N) в т. ч. вредные (S, P). Наибольшее влияние на механические свойства стали оказывает углерод: с ростом его процентного содержания снижается пластичность, возрастают твёрдость и прочность (до 1% С).

По назначению стали делятся на:

– конструкционные стали обыкновенного качества (маркируют буквами Ст и цифрами (Ст0; Ст1; Ст2; …; Ст6). Чем выше номер стали, тем больше в ней содержание углерода, которое меняется в пределах от 0,06 % до 0,49 % В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные (сп), кипящие (кп) стали и полуспокойные (пс). Например, Ст3кп – сталь, углеродистая обыковенного качества, номер 3, кипящая. Спокойные и полуспокойные стали выпускают марки Ст1–Ст6, а кипящие Ст1–Ст4);

– конструкционные качественные стали (маркируют цифрами 0,8; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 58. Цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 15 – конструкционная качественная низкоуглеродистая, содержащая 0,15 % С в среднем).

– инструментальные стали (маркируют У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13, а высококачественные – У7А; У8А…У13А. В маркировке следующая за буквой цифра указывает содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки свидетельствует о высоком качестве стали. Например, У10А – углеродистая инструментальная высококачественная сталь, содержащая С = 1,0 %).