Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Диаграмма состояния системы Fe-C

Лекция 8. Сплавы железа с углеродом

Диаграмма состояния системы железо-углерод

Области существования различных фаз и их особенности

Области концентраций углерода для сталей и чугунов, их классификация

Диаграмма состояния системы Fe-C

- Общая характеристика железа

· VIII группа таблицы Менделеева (переходный металл), электронная структура 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s², Z = 26

· Изотопы в природе - ⁵⁴Fe – 5,84 %, ⁵⁶Fe – 91,68 %, ⁵⁷Fe – 2,17 %, ⁵⁸Fe – 0,31 %; в земной коре – 5,1 % Fe

·Т_m = 1811 К (1538 ^оС)

· Аллотропические формы:

a - железо – решётка ОЦК - Т до 910 ^оС

g - железо – решётка ГЦК - Т = 910 – 1392 ^оС

d - железо – решётка ОЦК - Т = 1392 – 1539 ^оС

жидкая фаза – свыше 1539 ^оС

·Атомный радиус в ОЦК – 0,127 нм

· сечение поглощения тепловых нейтронов s_тн = 2,43×10^-24 см²

- Общая характеристика углерода

·IVВ группа таблицы Менделеева, электронная структура 1s²2s²2p², Z = 6

· Изотопы в природе - ¹²С – 98,89 %, ¹³С – 1,11 %

· Кристаллические модификации – графит, алмаз, аморфные модификации – каменный уголь

·Атомный радиус– 0,077 нм

- Особые линии

· линия эвтктического (ECF)превращения

·линия эвтектоидного (PSK) превращения

2.Области существования различных фаз и их особенности

- феррит

·ограниченный твёрдый раствор С в a- или b-Fe (до 0,02 и 0,10 % соответственно)

·С в октаэндрических пустотах с радиусом 0,020 нм

- аустенит

·ограниченный твёрдый раствор С в g-Fe (до 2,14 %)

·С в пустотах большего размера (радиус 0,028-0,52 нм)

- цементит

·химическое соединение Fe₃C – карбид железа (до 6,67 % С)

·сложная орторомбическая плотноупакованная решётка

·высокая твёрдость (HV = 1000 МПа) и малая пластичность

- перлит (а также сорбит и тростит)

·эвтектоидная смесь феррита и цементита

· распад аустенита

при Т = 727 – 680 ^оС создаёт чередующуюся структуру перлита с расстоянием между пластинками цементита i = 0,5-1 мкм

при Т = 680 – 600 ^оС –смесь с i = 0,2-0,4 мкм (сорбит)

при Т = 600– 500 ^оС – очень тонкую смесь с i £ 0,1 мкм (тростит)

- бейнит

· при Т = 500– 250 ^оС – промежуточное превращение между перлитным и мартенситным

·не пластинчатая, а перистая или игольчатая из феррита и цементита

- мартенсит

· пересыщенный твёрдый раствор С в a-Fe c предельным содержанием углерода 2,14 % (a^/-Fe)

· образуется бездиффузионно при быстром охлаждении в интервале 230 – - 80 ^оС (при 0,8 % С)

· интервал Т сдвигается к низким температурам легированием (кроме Co, Al) и этим пользуются для сохранения аустенитной структуры закалкой (принцип получения аустенитных сталей)

· зачастую (особенно при больших содержаниях С) имеется остаточный аустенит - 50 % при С_с =1,5 %, а при наличии легирующих элементов аустенит достигает 80-100 % (10Х18Н8)

· решётка мартенсита – ОЦ тетраэдр (c/a = 1+0,046 C)

· форма вытянутых линз

· низкая плотность, большие внутренние напряжения

·твёрдость HV до 980 МПа, что в шесть раз больше, чем у феррита, s_в до 2800 МПа (у феррита на порядок меньше), но мала пластичность (хрупкое разрушение)

·при нагреве мартенсит обедняется углеродом с выпадением карбида и постепенно (свыше 300^оС) превращается в феррит+цементит

- ледебурит

·эвтектика цементита и аустенита (С_с =4,3 %) при температуре 1147 – 727 ^оС

· эвтектика цементита и перлита при температуре ниже 727 ^оС

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Вид термообработки (ТО) Режим ТО Последствия ТО. Применение

Отжиг 1 рода Гомогениза-ционный 1100-1200^оС, 10-24 ч, медл. охлаждение Устранение последствий дендридной ликвации

Рекристалли-зационный 650-700^оС, 0,5-1 ч Рекристаллизация перед холодной обработкой

Для снятия ост. напряжений s_ост 200-700^оС, чаще 350-600^оС, неск.ч Релаксация s_ост после механич. обработки

Отжиг 2 рода (фазовая перекрис-таллизация) Полный (доэвтек-тоидная сталь) А_с3+(20-50)^оС, выдерж-ка+медл.охл. n = 10-100^оС/ч Мелкие зёрна, избыточный феррит и перлит. Сортовой прокат, фасон. литьё

Неполный (доэв-тектоидная сталь) Нагрев выше А_с1, но ниже А_с3 Мягкий перлит. Смягчение перед резанием

Сфероидизация (заэвтектоид. сталь) А_с1+(10-30)^оС, выдержка+медл.охл. Полная перекристаллизация. Зернистый перлит (без пластин).

Изотермический Выше А_с3 + уск.охл. до А_с1--(30-150)^оС, выдер. до рас-пада аустенита+быст.охл. Однородная структура. Хорошая обраба-тываемость. Небольшие заготовки из легированной стали

Высокий отпуск ("низкий отжиг") 650-680^оС (несколько ниже А_с1) Распад остаточного мартенсита, коагу-ляция карбида. Низкая твёрдость.

Нормализация (нормализационный отжиг) А_с3(А_с_m)+(30-50)^оС, 1ч+охл.на воздухе Малая С_с- отжиг, средняя С_с- мартенсит, большая С_с- заметно упрочнение

Патентирование (разновидность изотерми-ческой обработки) 870-920^оС,(А_с3+(150-200)^оС)+свинцовая или соляная ванна, Т=450-550^оС+охл. Ферритно-перлитная структура. Высокопрочная проволока

Закалка Без полиаморфного превращения А_с3+(30-50)^оС (доэвтектоидн.ст.) или А_с1(заэвтект.ст.), выдержка для за-вершения фаз. превращ.+уск.охл. n выше n_кр Неравновесная структура, свойственная более высокой температуре (пересыщенный твёрдый раствор, иная комбинация двухфазной системы)

С полиаморфным превращением Мартенситное превращение

С плавлением поверхности Лазерная, плазменная и др.виды обработки Быстрое охлаждение с образованием метастабильной структуры

Старение 550-850^оС, выдержка Для разных материалов обеспечение рас-пада пересыщенного раствора и образо-вания новой фазы. Дисперсионное тверде-ние. Возможно естественное, динамическое и вызванное воздействием среды старение.

Отпуск углеродис-тых сталей Низкий отпуск (на отпущенный мартенсит) 120-150^оС, 1-3 ч Уменьшение s_ост

Средний отпуск 350-450^оС, Высокая прочность, упругостьи достаточная вязкость

Высокий от-пуск (на сор-бит) 450-650^оС, выдержка неск.часов Сопротивляемость ударным нагрузкам

Улучшение Двойная опе-рация получения сорбита – закалка+высокий отпуск То же - // -

Воспользуйтесь поиском по сайту: