Модуль 2 сплавы на основе железа ТЕМА 4. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ сплавов СИСТЕМЫ

ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД

1539 ºС. Обладает невысокой твердостью и прочностью и хорошей пластичностью.

Железо имеет несколько аллотропических форм, а именно: α-железо с объемно-центрированной кубической решеткой и γ-железо с гранецентрированной кубической решеткой.
Цементит. Цементит – это химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C. В цементите содержится 6,67 % углерода. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Он обладает высокой твердостью (HV1000) и очень малой пластичностью.

углерода в железе), существующая выше линии ликвидус.

2. Цементит Fe3C (Ц)

– линия DFKL;

3. Феррит (Ф) – твердый раствор углерода в α-железе. Область феррита в системе железо – углерод расположена левее линий GPQ и AHN;

4. Аустенит (А) – твердый раствор углерода в γ-железе. Область аустенита на диаграмме – NJESG.

HJB) протекает перитектическая реакция:
LB + ФН → АJ.
В результате перитектической

реакции образуется аустенит.
2. При 1147 ºС (горизонталь ECF) протекает эвтектическая реакция:
LC → AE + Ц.
В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита, которая называется ледебуритом.
3. При 727 ºС (горизонталь PSK) протекает эвтектоидная реакция:
AS → ФP + Ц.
Продуктом превращения является эвтектоидная смесь. феррита и цементита, которая называется перлитом.

2,14 %, называются сталями. По структуре в равновесном состоянии стали

делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.
Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 0,02 %, называют технически чистым железом.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2,14 % до 6, 67 % называются чугунами. По структуре в равновесном состоянии чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.

содержания углерода в углеродистых сталях, находящихся в равновесном состоянии, меняются

их структура и фазовый состав: уменьшается количество феррита (НВ 80...100), увеличивается количество цементита (НВ 800). В соответствии с этим в сталях возрастают твердость НВ, предел прочности σв, уменьшаются пластичность δ и ударная вязкость KSU.

в сталь при ее раскислении. Углеродистые стали содержат около 0,8

% Mn и 0,5 % Si.
Сера и фосфор – вредные примеси. Они попадают в сталь с исходным сырьем.
Содержание серы в сталях допускают не более 0,05 %, большее ее количество придает сплавам красноломкость.
Содержание фосфора в углеродистой стали допускается до 0,05 %, большее его количество повышает хладноломкость сплавов.
Азот (N2), кислород (О2) и водород (Н2) – вредные примеси. Повышают хрупкость сталей.

качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По содержанию

углерода стали подразделяются на:
Низкоуглеродистые (0,3 % < С),
Среднеуглеродистые (0,3…0,7 % С)
Высокоуглеродистые (С > 0,7 %).

Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных сооружений, деталей машин и

приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные.

Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего деформирования.

S и 0,07 % P)
Стали качественные (не более 0,04 %

S и 0,035 % P)
Стали высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % P)

Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.

Спокойные стали
2. Полуспокойные стали
3. Кипящие стали

Раскисление – процесс удаления

из жидкого металла кислорода и оксидов, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

проката (прутки, балки, листы, уголки, швеллеры и т.п.) в нормализованном

состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В.

Группа А – это стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава. Их обозначают буквами Ст (сталь) и цифрами, обозначающими порядковый номер стали, - 0, 1, 2, 3,…, 6 (то есть Ст0, Ст1, Ст2,…, Ст6). Чем больше цифра, тем больше содержание углерода, и, следовательно, выше прочность и ниже пластичность.

в обозначении марки сталей впереди ставится буква Б– БСт0, БСт1,…,

БСт6. Механические свойства при этом не гарантируются.
Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.

Группа В – это стали повышенного качества. Их поставляют с гарантированными химическим составом и механическими свойствами. В обозначение марки вводится буква В (ВСт1,…, ВСт5). Стали группы В дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций).

в спокойных сталях – "сп", полуспокойных – «пс», кипящих –

«кп», например, Ст3сп, БСт3пс или ВСт4кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1-Ст6, кипящими – Ст1-Ст4 всех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.

05, 08, 10, 15, 20, …, 75, 80, 85, обозначающими

среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Например, сталь 20 содержит в среднем 0,20 % С, сталь 70 – 0,70 % С и т.д.

углерода в них больше 2,14 %. Они обладают пониженной температурой

плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки более сложной формы, чем из сталей.
В зависимости от того, в каком виде и форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

состоянии в виде цементита.
Эти чугуны имеют большую твердость (НВ

450…550) из-за присутствия в них большого количества цементита; они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Отливки из белого чугуна служат для получения с помощью графитизирующего отжига деталей из ковкого чугуна.

в свободном состоянии – в виде графита. В сером чугуне

графитовые включения имеют форму пластин.
По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.
1. Серый перлитный со структурой перлит + графит.
2. Серый феррито-перлитный со структурой феррит + перлит + графит.
3. Серый ферритный со структурой феррит + графит.

В автотракторостроении и сельскохозяйственном машиностроении часто применяют следующие марки серых

чугунов: СЧ18, СЧ20, СЧ25 (немодифицированные) и CЧ30 и СЧ35 (модифицированные).

форму.
Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна небольшими добавками магния.
Маркируют высокопрочный

чугун буквами ВЧ, затем следуют цифры, которые показывают среднее значение временного сопротивления при растяжении – σв (кгс/мм2).
Высокопрочный чугун – хороший заменитель литой стали (применяется для изготовления коленчатых и распределительных валов, гильз цилиндров, автомобильных двигателей).

форму. Их получают в результате специального графитизирующего отжига отливок белого

доэвтектического чугуна.
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые цифры марки показывают среднее значение временного сопротивления при растяжении – σв (кгс/мм2), вторые – относительное удлинение – δ (%).
В автотранспортном и сельскохозяйственном машиностроении применяют ковкие чугуны марок КЧ37-12, КЧ35-10, КЧ50-4. Из них изготавливают картеры редукторов, рулевых механизмов, ступицы колес, педали и др.