9.Связь между диаграммами состояния и технологическими свойствами сплава.

Диаграмма состояния - графическое изображение, показывающее фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и концентрации химических компонентов в условиях равновесия.

Фаза-часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе че­рез которую свойства сплава изменяются скачкообразно.

Структурные составляющие желе­зоуглеродистых сплавов. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют сле­дующие составляющие.

Аустенит - твердый раствор угле­рода в -железе с предельной концентра­цией углерода 2,14 % при температуре 1147 °С; с понижением температуры до 727 °С концентрация углерода уменьша­ется до 0,8 %; сталь со структурой аустенита имеет высокие пластичность и вяз­кость. Аустенит немагнитен ( -железо -модификация железа, имеющая кристал­лическую решетку гранецентрированного куба).

Феррит - твердый раствор углерода в -железе с предельной концентрацией углерода 0,02 % при температуре 727 °С; сталь со структурой феррита ферромагнитна вплоть до температуры Кюри 770 °С, имеет малую твердость и высокую пластичность ( -железо - модификация железа, имеющая кристаллическую ре­шетку объемно-центрированного куба).

Цементит - химическое соедине­ние железа с углеродом Fe₃C (6,67 % С); ферромагнитен до температуры Кюри 210 °С, имеет высокие твердость и хруп­кость.

Перлит - механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, образую­щаяся при эвтектоидном распаде аустенита (0,8 % С); сталь, имеющая структуру перлита, ферромагнитна, обладает повы­шенными прочностью и твердостью.

Ледебурит (4,3 % С) - механиче­ская смесь (эвтектика) аустенита и цемен­тита; ниже температуры 727 °С аустенит превращается в перлит, при этом образу­ется смесь перлита и цементита - превра­щенный ледебурит.

Г рафит - углерод в свободном состоянии, образующийся в чугунах в результате распада цементита при медленном охлаждении. Графит немагнитен, мягок, имеет низкую прочность.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Основные свойства сплава определяются содержанием углерода. Взаимодействие углерода с - или - модификациями железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению и свойствам. Построение диаграммы состояния железо - углерод (цементит) дает представление о температурах и концентрационных границах существования этих сплавов.

ABCD – ликвидус, выше нее сплав находится в жидком состоянии;

AECF – солидус, ниже нее сплав находится в твердом состоянии.

Первичная кристаллизация заканчивается при температурах соответствующих линии AECF1150-1539

В(.) С при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика-ледебурит.

PSK- эвтектоидное превращение, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации.

PS - линия нижних критических точек А₁.

GSE - начало процесса вторичной кристаллизации твердого раствора.

GS ~ линия верхних критических точек А₃, ( показывает температуру начала выделения феррита из аустенита.

SE - линия верхних критических точек А_т,( показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией, определяющей предельную растворимость углерода в аустените).

Стали- Сплавы, содержащие до 2,14 % С,

Чугуны-сплавы, содержащие более2,14 % С .

Эвтектоидная; сталь- Сталь, содержащая 0,8 % С,

Доэвтектоидная- сталь, содержащая менее 0,8 % С, -

Заэвтектоидная-сталь, содержащая более 0,8 % С.

Термическая обработка заключается в нагреве сплавов до определенных температур, выдержке их при этих температурах и последующем охлаждении с различной скоростью. При этом изменяются структура сплава, а следовательно, и его свойства. Изменяя скорость охлаждения, можно получить различные физико-механические свойства и структуры железоуглеродистых сплавов. Основные виды термической обработки - отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг - нагрев доэвтектоидной стали выше точки А₃, заэвтектоидной - выше точки А_m, с последующим охлаждением вместе с печью. После полного отжига структура сплава состоит из феррита и перлита (доэвтектоидные стали). Отжиг снимает внутреннее напряжение, снижает твердость, повышает пластичность, улуч шает обрабатываемость, устраняет хими­ческую неоднородность.

Неполный отжиг - нагрев выше точки A_h но ниже А₃; проис­ходит неполная фазовая перекристаллиза­ция.

Нормализация - нагрев выше точки А₃, охлаждение на воздухе; нормализа­ция приводит к измельчению зерна и по­вышению прочности.

Закалка - нагрев выше точки Аз, быстрое охлаждение в воде или масле; повышает твердость и прочность, снижает пластичность.

Регулируя скорость охлаждения стали из аустенитного состояния,- можно по­лучать различные структуры: мартенсит, троостит, сорбит, перлит.

Отпуск - нагрев ниже точки А₁ и медленное охлаждение; его применяют как сопутствующую операцию после за­калки для получения более устойчивых структур. Высокий отпуск (нагрев до тем­пературы 700 °С) применяют для повы­шения пластичности и обрабатываемости при небольшом снижении прочности за­каленной стали; низкий отпуск (нагрев до температуры 250 °С) применяют для по­вышения вязкости закаленной стали при сохранении прочности.