Ниже температуры t1 сплав имеет двухфазное состояние: жидкость и кристаллы аустенита. f = 2 + 1 — 2 = 1. При температуре 1147 С (линия ЕС) аустенит достигает предельной концентрации, указываемой точкой Е (2.
14% С), а оставшиеся жидкость — эвтектического состава 4.
3% С (тоска С). Она затвердевает при одновременной кристаллизации двух фаз (аустенита и цементита), образующих ледебурит. Процесс эвтектической кристаллизации протекает при постоянной температуре (на кривой охлаждения имеется площадка). Присутствуют три фазы аустенит (2.14% С), цементита (6.
67% С) и жидкости (4.
3% С). f = 2 + 1 — 3 = 0. После затвердевания чугун состоит из кристаллов аустенита предельной концентрации и ледебурита (аустенит + цементит). При дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется цементит. Состав аустенита изменяется по линии SE. При температуре 727С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0.8% С), указываемого точкой S, распадается одновременным выделением двух фаз: феррита и цементита, образующих перлит.
Структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита. Эвтектический чугун (4,3% С) кристаллизуется при температуре 1147 С (площадка на кривой охлаждения). Структура эвтектического чугуна ледебурит. При дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется вторичный цементит, а при температуре 727 С происходит эвтектоидный распад аустенита, содержащего 0.8% С (точка S) c образованием перлита. При температуре выше 727 С ледебурит состоит из аустенита и цементита, а при температуре ниже 727 С — из перлита и цементита.
2.
3. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей Углерод — основной легирующий элемент, оказывающий определяющее влияние на свойства и структуру стали. Увеличение содержания углерода в стали до 0,8% приводит к повышению прочностных свойств, твердости и снижению пластичности (схема 5) за счет замены мягкого феррита на более прочный перлит. Снижение прочности при содержании углерода свыше 0,8% в сталях, не подвергнутых термической обработке, связано с появлением хрупкой цементитной сетки по границам перлитных зерен. Структура сталей в равновесном состоянии при различном содержании углерода показана на схеме 5.
Постоянными примесями в сталях считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород).
Схема 5. Структура сталей при различном содержании углерода
Схема 5. Структура сталей при различном содержании углерода Схема 7. Влияние углерода на механические свойства сплавов где
σb — временное сопротивление разрыву; HB — твердость по Бринелю; KCV — ударная вязкость (характеристика надежности); δ - относительное удлинение; ψ - относительное сужение
Марганец вводится в сталь для раскисления (удаления кислорода) и устранения вредного влияния сернистых соединений железа. Марганец повышает прочность горячекатанной стали. Содержание марганца в стали 0,3 — 0,8%.
Кремний раскисляет сталь и сохраняется в ней до 0,4%.
Фосфор — вредная примесь, содержащаяся в рудах железа и топливе. Растворяясь в феррите, фосфор вызывает хладоломкость стали, т. е. хрупкость при низких температурах.
Сера — вредная примесь, попадающая в металл из руды и топлива и вызывающая красноломкость — хрупкость при 800 °C и выше, что препятствует горячей обработке давлением.
Водород, азот, кислород могут растворяться в металле или образовывать неметаллические включения (нитриды, оксиды). И в том, и в другом случае стали охрупчиваются.
Заключение
Компонентами системы железо — углерод являются: железо, углерод и цементит. В системе железо — углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.
Цементит — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67% углерода.
Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.
При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217o С.
Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
Феррит — твердый раствор внедрения углерода вжелезо.
Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,006% при комнатной температуре, максимальную — 0,02% при температуре 727o С. Углерод располагается в дефектах решетки.
Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в железо.
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,8% при температуре 727o С, максимальную — 2,14% при температуре 1147o С.
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен, парамагнитен.
В зависимости от того, какая фаза в системе железо — углерод, система обладает различными свойствами.
Список использованных источников и литературы
Литература:
Батаев А.А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. Учебник. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.
Гольштейн М.И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: «МИСИС», 1985.
Дреге В., Сталь как конструкционный материал, пер. с нем., М., 1967.
Дриц М.Е., Москалев М. А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. — М.: Высш. шк., 1990.
Дробышева О.А., Макаров Ю. Ф. Конструкционные стали и сплавы: Справочный материал для самостоятельной работы студентов по курсу «Материаловедение». — Иваново: ИГТА, 2000.
Журавлев В.Н., Никодаева О. И. Машиностроительные стали: Справочник. — М.: Машиностроение, 1992.
Завадский В.Ф., Иноземцева С. А. Материаловедение: Контрольные задания и методические указания к контрольным работам. — Новосибирск: НГАСУ, 2004.
Колачев Б.А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — М.: «МИСИС», 1999.
Коттрелл А. Строение металлов и сплавов. Под ред. М. Л. Бернштейна. М.: Металлургиздат. 1959.
Лахтин Ю.М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.
Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов высших технических учебных заведений/Ю.П. Солнцев, В. А. Веселов, В. П. Демянцевич и др. М.: МИСИС, 1996.
Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. — М.: Высшая школа, 2002.
Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным специальностям/Г.П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2001.
Материаловедение./ Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др. Под ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986.
Материаловедение: Учебник для вузов/ Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.
Металловедение / А. И. Самохоцкий, М. Н. Кунявский, Т. М. Кунявская и др. — М.: Металлургия, 1990.
Новиков И.И., Строганов Г. Б., Новиков А. И. Металловедение, термообработка и рентгенография. — М.: «МИСИС», 1994.
Ржевская С. В. Материаловедение. 3-е изд., перераб. и доп.-М. Издательство Московского государственного горного университета, 2003.
Тиллес В. Ф. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Рабочая программа дисциплины. — Пенза: Пенз. гос. ун-т, 2002.
Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. М.: Мир. 1986.
Фетисов Г. П., Карпман М. Г. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. — М.: Металлургия, 1999.
Фистуль В. И. Новые материалы (состояние, проблемы и перспективы): Учебное пособие для вузов. М.: МИСИС. 1995.
Периодические издания:
Белов А. Ф. Металл: улучшение качества — путь к экономии// «Наука и жизнь», 1982. С.2−9.
Интернет — публикации:
Материаловедение. Учебное пособие // Под ред. Кривошеева Г. Б., Тарасов В. В., Герасимов А. П//
http://tm.msun.ru/div/kaf/tm/books/kgb/kgb.html…
08.01. 2007
Тарасов В.В., Кривошеева Г. Б., Герасимов А. П. Справочник-экзаменатор по материаловедению//
http://tm.msun.ru/div/kaf/tm/educate/Book_exem/Book_caver.html…
08.01. 2007
Термовременная обработка//
http://mech-e.info/ref/termovremenna9_obrabotka.html…
08.01. 2007
Третьякова Н. В. Электронный конспект лекций по теме: «Материаловедение"//
http://elib.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html…
08.01. 2007
Приложение Рис.
1. Микроструктура углеродистой стали
А — доэвтектоидная сталь (0,1% С);
Б — доэвтектоидная сталь (0,6% С) Рис.
2. Микроструктура углеродистой стали
В — эвтектоидная сталь (0,8% С);
Г — заэвтектоидная сталь (1,2% С)
Рис 3. Микроструктура белого чугуна х725
А — доэвтектический белый чугун Б — эвтектический белый чугун Рис. 4. Микроструктура серого чугуна на феррито-перлитной основе
Рис. 5. Микроструктура высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе
Рис 6. Микроструктура ковкого чугуна
А — ферритная основа Б — ферритно-перлитная основа.
Рис 7. Кривые охлаждения
А — доэвтектоидная сталь Б — доэвтектический чугун
Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным специальностям/Г.П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2001. С. 58.
Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным специальностям/Г.П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2001. С. 62.
Коттрелл А. Строение металлов и сплавов. Под ред. М. Л.
Бернштейна. М.: Металлургиздат. 1959. С. 119.
Гольштейн М.И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: «МИСИС», 1985. С. 80.
Материаловедение./ Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др. Под ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986.С. 91.
Коттрелл А. Строение металлов и сплавов. Под ред. М. Л.
Бернштейна. М.: Металлургиздат. 1959. С. 123.
Гольштейн М.И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: «МИСИС», 1985. С. 89.
Дреге В., Сталь как конструкционный материал, пер. с нем., М., 1967. С. 95.
Фетисов Г. П., Карпман М. Г. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. — М.: Металлургия, 1999. С.
112.
Там же. С. 112.
Фетисов Г. П., Карпман М. Г. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. — М.: Металлургия, 1999. С.
114.
Там же. С, 114.
Дриц М.Е., Москалев М. А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. — М.: Высш. шк., 1990. С, 98.
Дробышева О.А., Макаров Ю. Ф. Конструкционные стали и сплавы: Справочный материал для самостоятельной работы студентов по курсу «Материаловедение». — Иваново: ИГТА, 2000. С. 66.
Там же. С. 67.
Батаев А.А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. Учебник. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. С. 103.
Батаев А.А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. Учебник. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. С. 104.
Там же. С. 105.
Завадский В.Ф., Иноземцева С. А. Материаловедение: Контрольные задания и методические указания к контрольным работам. — Новосибирск: НГАСУ, 2004. С. 110.
Там же. С. 111.
Завадский В.Ф., Иноземцева С. А. Материаловедение: Контрольные задания и методические указания к контрольным работам. — Новосибирск: НГАСУ, 2004. С. 116.
Материаловедение. Учебное пособие // Под ред. Кривошеева Г. Б., Тарасов В. В., Герасимов А.П.//
http://tm.msun.ru/div/kaf/tm/books/kgb/kgb.html…
08.01. 2007
Там же.
Тарасов В.В., Кривошеева Г. Б., Герасимов А. П. Справочник-0экзаменатор по материаловедению//
http://tm.msun.ru/div/kaf/tm/educate/Book_exem/Book_caver.html…
08.01. 2007
Материаловедение: Учебник для вузов/ Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. С. 99.
Материаловедение: Учебник для вузов/ Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. С. 125.
Там же. С. 126.
Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. — М.: Высшая школа, 2002. С. 96.
Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. — М.: Высшая школа, 2002. С. 106.
Там же. С. 107.
Третьякова Н. В. Электронный конспект лекций по теме: «Материаловедение"//
http://elib.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html…
08.01. 2007
Тиллес В. Ф. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Рабочая программа дисциплины. — Пенза: Пенз. гос. ун-т, 2002. С. 156.
Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов высших технических учебных заведений/Ю.П. Солнцев, В. А. Веселов, В. П. Демянцевич и др. М.: МИСИС, 1996. С. 126.
Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов высших технических учебных заведений/Ю.П. Солнцев, В. А. Веселов, В. П. Демянцевич и др. М.: МИСИС, 1996. С. 126.
Там же. С. 127.
Третьякова Н. В. Электронный конспект лекций по теме: «Материаловедение"//
http://elib.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html…
08.01. 2007
