13.Вплив вуглецю на мікроструктуру та властивості сталей
Вуглець - це неметалевий елемент з температурою плавлення 3500 °С. Із залізом він утворює тверді розчини або хімічні сполуки, а в певних умовах може виділятись у вигляді графіту.
Гранична розчинність вуглецю в a-залізі при нормальній температурі не перевищує 0,006 %.Такий розчин є практично чистим залізом. Називають його феритом (Ф). Міцність фериту ств = 250...300 МПа, твердість 90... 100 НВ і відносне видовження 5 =30...40 %.
Твердий розчин вуглецю в у-залізі називається аустенітом (А). Розчинність вуглецю в аустеніті з підвищенням температури збільшується від 0,8 (727 °С) до 2,14 % (1147 °С). Аустеніт немагнітний і має підвищену порівняно з феритом пластичність.
Залізо з вуглецем утворює ряд хімічних сполук. З них практичне значення має карбід Fe3C, який містить 6,67 % С. Цей карбід називають цементитом (Ц). Цементит досить твердий (~ 800 НВ), але крихкий, температура плавлення близько 1600 °С. Отже, фазами в залізовуглецевих сплавах можуть бути ферит, аустеніт, цементит і графіт.
14.Мікроструктура та властивості сірого чавуну
Структура чавунів. Кристалізація чавунів закінчується при температурі 1147 °С утворенням евтектики. Тому лінію ECF називають лінією евтектичного перетворення, СІРИЙ ЧАВУН. Структура його, як і білого чавуну, формується під час первинної кристалізації рідкого сплаву, але при більш повільному охолодженні. Перетворення, які при цьому мають місце, відповідають стабільній діаграмі залізо-графіт. Так, при температурах, що відповідають лінії CD' (рис.11), починається кристалізація графіту. При температурі 1153 0C (лінія E'C'F') утворюється графітна евтектика (аустеніт + графіт).
При зниженні температури до 738 0C (відповідно з лінією S'E') з аустеніту виділяється вторинний графіт, при 738 0C (лінія P'S'K') утворюється евтектоїд, який складається з фериту та графіту. Більшість графіту в сірих чавунах з'являється під час первинної кристалізації із рідкої фази. Евтектичний, евтектоїдний та вторинний графіти самостійних виділень не утворюють, а нашаровуються на первинний графіт.
Окрім повільного охолодження значною графітизуючою дією відзначається кремній, тому для формування структури сірого чавуну в нього додають до 3...4 % кремнію. Корисним у чавунах є фосфор, тому що він утворює легкоплавку фосфідну евтектику з низькою температурою плавлення. Вона суттєво збільшує рідинотекучість, що особливо важливо при виробництві тонкого та фасонного литва. Наявність у структурі чавуну включень фосфідної евтектики підвищує також антифрикційні властивості. Більшу міцність мають чавуни з невеликими за розміром графітними включеннями, якщо вони до того ж мають завихрену форму та ізольовані один від одного.
Чавун з великою кількістю прямолінійних великих графітних пластин, гострі кромки яких виступають як активні концентратори напруги, має грубозернистий злам та низькі механічні властивості. Пластичність сірого чавуну практично нульова (δ ~ 0,5 %).
15.Мікроструктура та властивості сталей
У доевтектоїдних сталях при температурах, що відповідають лінії GS (геометричному місцю точок Аг3), починається перекристалізація і утворюється ферит. Тому при подальшому охолодженні концентрація вуглецю в аустеніті, що залишився, підвищується і в точці АГ{ (лінія PSK) досягає евтектоїдної, тобто 0,8 %. У цих умовах аустеніт розпадається з утворенням перліту. Ферит при цьому не зазнає перетворень (рис. II.6, б). Очевидно, що з підвищенням вмісту вуглецю кількість перліту в доевтектоїдних сталях збільшуватиметься, а фериту - зменшуватиметься. При масовій частці 0,8 % С в структурі сталі буде один перліт.
Перетворення аустеніту в заевтектоїдних сталях починається на лінії SE граничної розчинності вуглецю (місці критичних точок АСт). При цій температурі з аустеніту починає виділятись надлишковий вуглець у вигляді збагаченої ним фази - цементиту. При подальшому охолодженні кількість цементиту, що виділилася, збільшується, тому концентрація вуглецю в аустеніті зменшується і в точці Агх (лінія PSK) досягає евтектоїдної. Залишок аустеніту перетворюється при цій температурі на перліт.