Диаграмма состояния сплавов железо-углерод. Критические точки, линии и основные структуры диаграммы.

К железоуглеродистым сплавом относят сплавы на основе железа и углерода.

Диаграммы состояний обычно строят термическим методом. Сначала получают множество кривых охлаждения сплавов с различным содержанием составляющих элементов в зависимости от температуры и времени охлаждения.

Кривые охлаждения строят аналогично построению кривых охлаждения для определения полиморфных превращений. По перегибам и остановкам кривых охлаждения определяют критические температуры и критические точки сплава.

Критической температурой называется температура, при которой происходит изменение в строении, а значит и в свойствах металлов и сплавов. При критических температурах кривые охлаждения резко изменяют свой характер.

Критическими точками называются точки 1, 2, 3, 4 на кривых охлаждения.

Комплекс линий, объединяющих критические точки сплавов зависимости от химического состава сплава и его температуры, представляет собой диаграмму состояния.

При кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуются следующие структурные составляющие: аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит.

Аустенит — твердый раствор углерода в γ-железе. У сплавов с содержанием углерода до 2 % (стали) при температурах выше 723 °С. Обладает высокой пластичностью, низкой твердостью, хорошо поддается горячей обработке давлением (ковке, штамповке, прокатке) Обозначается А.

Феррит — твердый раствор углерода в а -железе. В феррите растворяется очень мало углерода (до 0,02 %). Феррит обладает высокой пластичностью и низкой твердостью, хорошо поддается обработке давлением в холодном состоянии (волочению, штамповке). Чем больше феррита в сплавах, тем они мягче и пластичнее. На диаграмме феррит обозначается буквой Ф.

Цементит —самая твердая и хрупкая составляющая железоуглеродистых сплавов — представляет собой химическое соединение железа и углерода Сплавы из чистого цементита на практике не применяют. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и хрупче. На диаграмме цементит обозначается буквой Ц.

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83 % углерода. Обладает высокой прочностью и твердостью. Чем мельче включения феррита и цементита в перлите, тем выше показатели его механических свойств. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических свойств сплава. На диаграмме перлит обозначается буквой П. перлит иногда называют эвтектоидом.

Ледебурит (эткектика) — механическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при кристаллизации жидкого сплава с содержанием углерода 4,3%. – это единственный из всех железоуглеродистых сплавов, который кристаллизуется при постоянной температуре с образованием механической смеси.

Сплав железа с углеродом до 2 % называются сталями, сплавы железа с углеродом более 2 % — чугунами.

Линия ликвидус — изображает температуру начала затвердевания сталей и чугунов.

Линия солидус — изображает температуру окончания затвердевания и начала плавления сталей и белых чугунов. Между линиями ликвидус и солидус находятся сплавы в жидко - твердом состоянии.

Физическая сущность термической обработки. Виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск (сущность, классификация и применение).

Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Термическая обработка – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего состава сплава и получения нужных свойств.

Выделяют следующие виды ТО: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

Отжиг – вид ТО, заключающийся в нагревании изделия до температуры ниже критической (600 … 700°С).

Полный и неполный отжиг

· Полный отжиг заключается в нагреве стали на 30—50 °C выше верхней критической точки для полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном охлаждении до 500—600 °C для образования феррита и перлита. Скорость охлаждения для углеродистых сталей около 50—100 °C/ч. Если охлаждение ведётся на воздухе, происходит нормализация.

· Неполный отжиг заключается в нагреве до температур между нижней и верхней критическими точками и последующем медленном охлаждении.

Изотермический отжиг

Для легированных сталей применяют изотермический отжиг, состоящий в нагреве выше верхней критической точки А3 область избыточного аустенита, выдержке, охлаждении до температуры ниже нижней критической точки А1, выдержке, достаточной для полного превращения аустенита в перлит, и охлаждении до комнатной температуры.

 

Диффузионный отжиг используют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации сплава. Рекристаллизационный отжиг применяют после холодной пластической деформации (холодной обработке давлением) для снятия наклепа и получения равновесного состояния сплава. При этом восстанавливается пластичность металла. При нагреве и охлаждении получают отжиг 2 рода – перекристаллизация сплава для улучшения его состояния.

Закалка – вид ТО, которой подвергаются только металлы и сплавы, имеющие фазовые превращения в твердом состоянии при наибольшей скорости охлаждения.

Отпуск – вид ТО, заключающийся в нагревании закаленной стали до температуры ниже критической, выдержке при этой температуры с последующим охлаждением. В результате отпуска нормализуется напряжение, сплавы переходят в более равновесное состояние. Отпуск бывает низкий, средний и высокий.

Дефекты: коробление, закалочные трещины, изменение формы детали, окисление и обезуглероживание поверхности изделия.

Устранение: точное соблюдение температурного режима закалки. Своевременное выполнение отпуска …