8. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА)

Железо – переходный металл серого цвета, находится в VIII группе периодической системы, атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус

0,127 нм. Температура плавления 15390С.

Имеет две полиморфные модификации:

Feα (Feδ ) – решетка ОЦК; Полиморфные превращения проходятпри температурах.

9110С - Feα ↔ Feγ

13920С- Feγ ↔ Feδ

При 7680С – точка Кюри (магнитное превращение) – переход из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Это превращение не связано с изменением типа кристаллической решетки и имеетэлектронную природу.

Чистое железо (99,9917 % Fe) имеет твердость НВ 490 Мпа, плотность 7,874 г/м3, оно пла-

стично (δ ~ 40 – 45 %).

Техническое железо содержит

99,9 % Fe.

Углерод – неметаллический элемент, 2 период, IV группа периодической системы, атомный номер 6, атомная масса 12, плотность 2,5 г/см3, атомный радиус 0,077 нм, температура плавления 35000С.

Обладает полиморфизмом, в обычных условиях может существовать в виде графита и алмаза.

Графит является устойчивой аллотропической формой в обычных условиях.

Углерод в виде графита имеет слоистую кристаллическую решетку.

Между атомами углерода каждого слоя действуют ковалентные связи, т.к. межатомные расстояния очень малы.

Слои находятся на больших расстояниях друг отдруга.

Техническое железо

Fe3CIII

фазы (α , Fe3C)

Доэвтектоидная сталь

феррит(α ) + перлит

фазы (α , Fe3C)

Эвтектоидная сталь

перлит

(α + Fe3C)

фазы (α , Fe3C)

Заэвтектоидная сталь

перлит

Fe3CII

Белые чугуны – весь углерод находится в связанном состоянии в виде

Fe3C.

Доэвтектический

перлит + ледебурит фазы (α , Fe3C)

Эвтектический

ледебурит фазы (α , Fe3C)

Заэвтектический

Ледебурит + Fe3C

фазы (α , Fe3C)

Влияние углерода – с увеличени-

ем содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита Fe3C, что приводит к возрастанию твердости, прочности, но потере пластичности.

Твердые хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т.е. повышают сопротивление пластическому деформированию. Увеличение количества углерода повышает порог хладноломкости, снижает теплопроводность, растет электрическое сопротивление и коэрцитивная сила.

Влияние примесей – примеси по-

падают в сталь при выплавке при раскислении или из шихты. Постоянные примеси:

Mn до 0,8 %, Si до 0,3 % - полез-

ные примеси, попадают в сталь при раскислении. Они растворяются в феррите, упрочняя его, однако Si снижает пластичность и способность стали к вытяжке. Марганец резко уменьшает красноломкость стали, вызванную влиянием серы.

S ≤ 0,04 %, P≥ 0,03 % - вредные примеси, попадают в сталь из шихты.

Сера является причиной красноломкости – межзеренного разрушения при горячей пластической деформации, включения серы (сульфиды) снижают вязкость и пластичность, а также σ -1.

Фосфор вызывает хладноломкость, т.к. повышает температурный порог хладноломкости и образует сегрегации по границам зерна.

Газовые примеси – Н2, N2, O2, в количестве < 0,008 % - образуют

неметаллические включения – ок-

сиды FeO, Fe2O3, SiO2, нитриды,

газовые пузыри, что ухудшает свойства стали. Водород сильно охрупчиваетсталь.

По степени сродства легирующих элементов к углероду они подразделяются на:

карбидообразующие – Fe, Cr, Mn, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, Ta –

переходные металлы с недостроенной d – оболочкой, стойкость карбида возрастает отFe к Ta;

некарбидообразующие – Cu, Ni, Co, Si, Al и др.

По влиянию на диаграмму же- лезо-углерод легирующие элементы подразделяются:

-элементы, расширяющие γ область;

-элементы, сужающие γ область.

Расширение или сужение γ области связано с влиянием легирующих элементов на температуры критических точек A1, А3.

Первая группа элементов – Ni, Mn, Co, Pt, C, N, Cu – расши-

ряющая область γ твердого раствора.

Легирующий элемент повышает точку А4 ипонижаетточку А3.

Вторая группа – элементы Cr, Si, Al, W, V, Mo, Ti, Sn, Sb, Be – сужающиеγ и расширяющие α -область, понижают точку А4 и повышаютточку А3.

Сплавы, имеющие концентрацию легирующего элемента больше точки x, не испытывают α → γ превращения и имеют структуру твердого раствора γ при любом температуре. Это аустенитообразующие элементы.

При концентрации точки y значение точек А3 – А4 сливаются в одну, и во всех сплавах концентрации больше у при любой Т0 структура легированно-

го α раствора. Это ферритообразующие элементы.