Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
29
Рис. 32. Феррит (х250)
Рис. 33. Пластинчатый перлит(х500)
Рис. 34. Зернистый перлит (х500)
Аустенит. Если железоуглеродистые сплавы нагреть до определенных температур, то произойдет аллотропическое превращение a-железа в у-железо и получится структурная составляющая, которая называется аустенитом. Аустенит представляет собой твердый раствор углерода (до 2%) и других примесей в у-железе. Способность углерода растворяться в железе неодинакова при различных температурах. При температуре 1130° и выше в кристаллической решетке у-железа может быть растворено максимальное количество углерода (2%). При температурах ниже 1130° растворимость углерода в у-железе постепенно уменьшается, и избыточный углерод выделяется в виде цементита. При температуре 723° у-железо может растворять не более 0,8% углерода. При этой температуре происходит распад аустенита с образованием перлита. Лишь в некоторых сталях, содержащих большое количество специальных добавок, можно сохранить структуру аустенита и при температурах ниже 723° (вплоть до комнатной температуры).
Ледебурит. В структуре белых чугунов всегда имеется еще одна структурная составляющая, которую называют ледебуритом. Ледебурит — это эвтектика, т. е. равномерная механическая смесь зерен аустенита и цементита, образующаяся в процессе кристаллизации. Ледебурит содержит 4,3% углерода. Образуется он при температуре 1130°. Первоначальная структура ледебурита не сохраняется при температурах ниже 723°, так как аустенит, который находится в ледебурите, при 723° превращается в перлит. При температурах ниже 723° (вплоть до комнатной температуры) ледебурит представляет собой механическую смесь перлита и цементита. Рассмотренные выше структурные составляющие стали и чугуна обладают различными свойствами. Феррит — мягкая, пластичная и относительно непрочная структурная составляющая; его относительное удлинение 8 ~ 30%, твердость по Бринеллю Hg = 50—80, предел прочности ое ~ 30 кг/мм . Механические свойства феррита в большой степени зависят от величины зерна. Феррит обладает магнитными свойствами. Цементит отличается большой твердостью и значительной хрупкостью. Его твердость Hg = 800, т. е. он в 10 раз тверже феррита. Цементит слабо магнитен, а при температурах выше 215° немагнитен. Аустенит — мягкая структурная составляющая (хотя и тверже феррита). Его твердость Hg = 180, относительное удлинение 8 = 40—50%; отличается большой пластичностью; магнитными свойствами не обладает. Перлит состоит из феррита и цементита и поэтому его свойства определяются количеством этих двух составляющих. В перлите содержится феррита в 6 раз больше, чем цементита. Механические свойства перлита зависят также от формы цементита. У пластинчатого перлита твердость Hg = 180 - 200, предел прочности ое ~ 80 кг/мм и относительное удлинение 5=10- 12%. У зернистого перлита прочность и твердость несколько меньше, а пластические свойства выше. Так как в перлите железо содержится в форме a-железа, то он обладает магнитными свойствами. В ледебурите содержится 60% цементита и 40% перлита. Ледебурит отличается большой твердостью (Hg = 550) и значительной хрупкостью. Из рассмотрения структурных
30
составляющих железоуглеродистых сплавов можно сделать важный вывод. При комнатной температуре структура железоуглеродистых сплавов всегда состоит из двух структурных элементов: мягкого пластичного феррита и твердого цементита, упрочняющего сплав. Они могут сочетаться различно: либо в виде механической смеси, либо в свободном состоянии.
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ.
Для более подробного ознакомления со структурой железоуглеродистых сплавов различного состава и превращениями, которые они претерпевают, обратимся к диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов. После разбора сравнительно простых диаграмм состояния I и II рода и кривой охлаждения железа можно перейти к рассмотрению более сложной и важной для практики диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов. Фундамент диаграммы состояния сплавов железа с углеродом был заложен выдающимся русским металловедом Д. К. Черновым, который в 1868 г. опубликовал ряд работ, где впервые указал на структурные превращения, протекающие в железоуглеродистых сплавах при их нагревании и охлаждении. Работы Чернова вызвали в свое время широкую дискуссию, которая послужила толчком к многочисленным исследованиям в этой области. В результате труда многих ученых в конце XIX в. появилась диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Следует отметить, что изучение и уточнение этой диаграммы продолжается и до настоящего времени. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом представлена на рис. 35.
О 10 20 30 40 50 S0 70 ВО 90 100
—— Содержание цементита, В %
Рис. 35. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом.
Указанная диаграмма охватывает не все сплавы железа с углеродом, а ограничивается лишь сплавами, содержащими от 0 до 6,67% углерода, т. е. от чистого железа до цементита. Это объясняется тем, что железоуглеродистые сплавы, содержащие более 5% углерода, не представляют практического интереса. Цифра 6,67% взята в качестве предела на том основании, что при содержании углерода образуется химическое соединение БезС (цементит). Как известно, химическое соединение может рассматриваться в сплавах как самостоятельный компонент и служит естественным пределом диаграммы; следовательно, рассматриваемая нами диаграмма, по существу, состоит из двух компонентов — железа и цементита. В представленной диаграмме нами допущены два упрощения: не указана область
