Курсовая работа: Діаграми стану сплавів та їх зв’язок із властивостями матеріалів

У g-залізі розчинність вуглецю доходить до 2,14%.

Права ордината DFKL діаграми Fe–Fе₃ С (рис. 2) відповідає цементиту. Область вище лінії ліквідус ABCD відповідає рідкому стану (Р).

Складний вид діаграмми Fe–Fе₃ С пояснюється тим, що залізо володіє поліморфними перетвореннями у твердому вигляді. Поліморфізм заліза обумовлює і поліморфні перетворення в залізовуглецевих сплавах.

У залізовуглецевих сплавах можливі три перетворення, за яких число ступенів свободи дорівнює нулю, тобто має місце співіснування трьох фаз.

При 1499°С (лінія HJB, Р + d® А) має місце перитектичне перетворення (рис. 2.2).

При 1147°С (лінія ЕСF, Р_4,3 ® Е (А + Ц) - ледебурит (Л)) має місце евтектичне перетворення.

У результаті евтектичного перетворення утворюється евтектична суміш аустеніту і цементиту, яка називається ледебуритом.

При 727°С (лінія РSK, А_0,8 ® Е (Ф + Ц) - перліт) має місце евтектоїдне перетворення.

Як результат цього перетворення утворюється евтектоїдна суміш фериту і цементиту, що називається перлітом.

Зіставляючи структури типових залізовуглецевих сплавів (рис. 2.3 і 2.4), їх можна розділити на дві групи: сплави з вмістом вуглецю до 2,14% не мають у структурі евтектики - ледебуриту; у сплавах з вмістом вуглецю вище 2,14% є ледебуритна структурна складова.

Рис. 2.3. Мікроструктури сталей: а - С = 0,05 %, структура Ф + Ц_ІІ ; б - С = 0,15 %, доевтектоїдна сталь, структура Ф + П; в - С = 0,35 % доевтектоїдна сталь, структура Ф + П; г - С = 0,8 %, евтектоїдна сталь, структура - пластинчастий перліт П; д - С = 0,8 %, евтектоїдна сталь, структура - зернистий перліт П; е - С = 1,2%, заевтектоїдна сталь, структура П + П_ІІ ; (´500)

Відсутність у структурі сплавів (з вмістом вуглецю менше 2,14%) крихкої евтектики робить сплави ковкими і пластичними, що є характерною особливістю сталей. У той же час наявність легкоплавкого ледебуриту в структурі сплавів (з вмістом вуглецю вище 2,14 %) збільшує ливарні якості цих сплавів.

Відповідно до діаграми Fe–Fе₃ С залізовуглецеві сплави з вмістом вуглецю менше 2,14% називаються сталями, сплави з вмістом вуглецю більше 2,14 % - чавунами. Чавуни, що кристалізуються відповідно до діаграми Fe–Fе₃ С, відрізняються високою крихкістю. Колір їх злому сріблясто-білий. Такі чавуни називаються білими (на відміну від сірих, ковких і високоміцних чавунів, у структурі яких вуглець в основному знаходиться у вигляді графітової фази) [6].

За кількістю вуглецю і за структурою сталі поділяються на: доевтектоїдні (0,02% < С < 0,8%), структура перліт + ферит (П + Ф); евтектоїдні (С = 0,8%), структура перліт (П); заевтектоїдні (0,8 % < С < 2,14%), структура перліт + вторинний цементит (П+Ц_ІІ ). Типові структури сталей наведені на рис. 2.3 а...е.

За кількістю вуглецю і за структурою білі чавуни поділяються на доевтектичні (2,14% < С < 4,3%), структура ледебурит + перліт + + вторинний цементит (П + Л + Ц_ІІ ); евтектичні (С = 4,3%), структура ледебурит (Л); заевтектичні (4,3% < С < 6,67%), структура ледебурит + + цементит (Л + Ц_І ). Типові структури білих чавунів наведені на рис. 2.4 а, б, в.

Рис. 2.4. Мікроструктури білих чавунів: а - С = 3,2% - доевтектичний білий чавун; структура Л + П + Ц; б — структура - ледебурит Л; в - С = 5% - заевтектичний білий чавун, структура Л + Ц_І ; (´250)

Структура чавунів залежить від ступеня графітизації, тобто від того, яка кількість вуглецю, що входить до складу чувуну, знаходиться в хімічно зв’язаному стані (С_зв , %) у вигляді цементиту. Крім білих чавунів, за цією ознакою ще розрізняють:

половинчасті чавуни: С_зв > 0,8%; структура чавуну - перліт + + ледебурит + графіт (П + Л + Г);

перлітні сірі чавуни: С_зв = 0,8%; структура – перліт + графіт (П + + Г);

феритно-перлітні сірі чавуни: 0,8% > С_зв > 0,02 %; структура - перліт + ферит + графіт (П + Ф + Г);

феритові сірі чавуни: С_зв = 0%; структура - ферит + графіт (Ф + Г).

Вплив термічної та хіміко-термічної обробки на властивості та структуру сталей є наступним [7].

Термічною обробкою називають процес, що складається з нагріву металу до відповідної температури, витримки його при цій температурі і охолодження з певною швидкістю. При термічній обробці змінюється структура сталі, що веде до зміни її властивостей. Таким чином, шляхом термічної обробки сталі одного и того ж складу можна змінювати її властивості.

Термічна обробка сталі грунтується на здатності заліза змінювати будову кристалічної решітки при зміні температури, а також на різній розчинності вуглецю в кристалічних решітках різної будови [8].

Існують такі види термічної обробки: гартування, відпуск, відпал, нормалізація і хіміко-термічна обробка (цементація, азотування, ціанування).

Найбільші структурні перетворення сталі відбуваються при гартуванні. Від усіх інших видів термічної обробки гартування відрізняється високою швидкістю охолодження. Залежно від швидкості охолодження загартована сталь маєрізну структуру: сорбітну, троститну або мартенситну.

Сорбітна структура складається з суміші фериту і цементиту високого ступеня дисперсності, що приводить до підвищення твердості й крихкості сталі. Під мікроскопом сорбітна структура має вид феритно-цементитної структури, одначе розмір зерен в ній значно менший.