Презентация на тему Лекция 4Железоуглеродистые сплавы

сплавов в зависимости от температуры и концентрации в условиях

равновесия .

4.1.Диаграмма состояний железо-углерод

стали (2,14% С) и чугуны (2,14-6,67%С) .
Основные компоненты –

железо, углерод и соединения железа с углеродом.
Железо – это серебристый металл, плотность 7,86 ³ г/см, температура плавления 1539°С. Технически чистое железо содержит 99,85% железа и 0,15-0,2% примесей (армако-железо, производится для электротехнических целей). Прочность чистого железа составляет 25 кг/мм², пластичность порядка 50%.
Углерод- неметалл (элемент II периода четвертой группы),атомный номер 6, плотность порядка 2,5 г/см³, атомная масса 12,011,температура плавления 3500°С. Углерод полиморфен, растворим в железе в жидком и твердом состоянии, а также с железом образует химическое соединение Fe3C, цементит (карбид железа); в высокоуглеродистых сплавах может быть в виде графита.
Цементит – температура плавления 1300-1600 °С (в зависимости от присутствия примесей тугоплавких металлов: хром, молибден.)

Ц образующаяся из тв. раствора. Тв. 180…200НВ

Механические
смеси

Ледебурит

Перлит

Цементит

4.1.1. Система. Компоненты , фазы и структурные составляющие Ж-У сплавов.

(Carboneum), С, неметалл, 0,1% в земной коре, аллотропические видоизменения: алмаз, графит, и аморфный уголь, который используют для выплавки чугуна в виде кокса.

Твердый раствор С в Fe: Содержит при ТоС= 1130о –2%С; 723о –0,8%С. Твердость  195НВ.

Химическое соединение Fe3C- карбид железа: 6,67%С. 800HB. Магнитен до 210оС.

Графит

Ф А З Ы

Металл, Тпл=15390С, 4-аллотрропические формы.

Аустенит

Железо

Углерод

Компоненты

Твердый раствор С в Fe:Содержит при ТоС=723о 0,02%С; 20о- 0,006%С. Твердость  80…100 HB.

Феррит

4.1. Диаграмма состояний “железо-углерод”.

для понимания сущности всех превращений, происходящих в ЖУС при

нагреве и охлаждении
Превращение из жидкого состояния в твердое (первичная кристаллизация) происходит по линии АСД – линии ликвидуса.
Линия АЕСF – линия солидуса.
Форма линий показывает, что это диаграмма представлена сочетанием диаграмм типа II (от т. A до т.Е) и типа I (от т. Е до т. F).
3. По линии АС из жидкого расплава начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в γ-Fe, называемого аустенитом (по имени У Робертса-Аустена – английского металлурга)
4. По линии СД из жидкого расплава выпадают кристаллы цементит а
5. В точке С при содержании 4,3% С и температуре 1130°С происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита, образуется их механическая смесь – эвтектика - ледебурит (А.Ледебур –немецкий металлург)

– происходит при температуре выше 723°С.
Линии GSE, PSK и

GPQ показывают, что в сплавах системы в твердом состоянии происходят изменения структуры – вследствие перехода железа из одной модификации в другую и в связи с изменением растворимости углерода в железе.
При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита – твердого раствора углерода в α-Fe, а по линии SE – вторичного цементита.
В точке S при содержании 0,8%С и при 723°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется механическая смесь феррита и цементита – эвтектоид (перлит).
Железоуглеродистые сплавы – стали (2,14% С) и чугуны (2,14-6,67%С) .
Сталь, содержащая 0,8% С, называется эвтектоидной, менее 0.8% - доэвтектоидной, о т 0,8 до 2,14%С - заэвтектоидной

коэффициентом теплового расширения, а также жаропрочные стали на железоникелевой

и никелевой основе

4.2 Железоуглеродистые сплавы и их классификация.

Железоуглеродистые
сплавы

СТАЛИ

ЧУГУНЫ

Конструкционные углеродистые и легированные

Стали и сплавы с особыми свойствами

Fe-Si-C

Б

С

составу
Нелегированные
Легированные
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ). (ВЧ 60-2 Как

ковк. Ч.;). Модификация Mg и Si.

Чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ).

Серый чугун (СЧ). (СЧ 25 Число предел прочности при растяжении (ППР) кгс/мм2.:)

Ковкий чугун (КЧ). (КЧ 30-6 Числа: Первое – ППР=в, второе –отн. удл.=%;) Получают из белого чугуна отжигом (900…9500С прод. 60…80 час.).

По назначению

Укрупненные группы

СЧ - машиностроительные

ВЧШГ – повышенная прочность и вязкость

С поверхностной твердостью –отбеленный чугун или с поверхностной закалкой.

Со специальными свойствами – легированные чугуны

Антифрикционные (АЧС, с пластинчатым Гр.; АЧК, с компактным Гр.;АЧВ, с высокопрочным Гр.; АЧС-5; АЧК-2; АЧВ-1 )

Классы

БЕЛЫЕ

Серые

4.2.1.Обозначение чугунов

сплаве
Твердый растворCu-Ni
Твердый раствор Cu-Al
Твердый растворCu-Zn
Сплав Pb – Sb

качества: 3 группы: А(м.с), Б(х.с.) и В(м.с.+доп. х.с.).

М-мартеновская (К-конв.)”кп”,”пс”,”сп”. Обозначение напр.:МСт.2кп; ВКСт.3

Инструментальные: углеродистые –0,7…1,3%С(начинаются с У), легированные, быстрорежущие – Р (rapide)

Для подшипников качения - Ш

Автоматные начинаются - А

Литейные - Л

Легированные для деталей машин. Обозначение по буквенно-цифровой системе: цифры – содержание углерода и легирующих элементов, буквы –обозначение легирующих элем. Первые две цифры – С в 0,00%, цифры после букв ср.% легирующ. элемент, если его до 1%, то цифра не ставится. В конце буквы: А-S и P0,025% каждого, ЭШ – эл.шлаковый переплав и др. Магнитные начинаются с Е, нержавеющие: Х– ЭЖ, а Х-Н – ЭЯ.

А(м.с), Б(х.с.) и В(м.с.+доп. х.с.). М-мартеновская (К-конв.)”кп”,”пс”,”сп”.

Обозначение напр.:МСт.2кп; ВКСт.3

Легированные для деталей машин. Обозначение по буквенно-цифровой системе: цифры – содержание углерода и легирующих элементов, буквы –обозначение легирующих элем. Первые две цифры – С в 0,00%, цифры после букв ср.% легирующего элемента, если его до 1%, то цифра не ставится. В конце буквы: А-(S и P) 0,025% каждого, ЭШ – эл.шлаковый переплав и др. Магнитные начинаются с Е, нержавеющие: Х– ЭЖ, а Х-Н – ЭЯ.

4Х8В2A (0,35…0,45%С; 7,0..9,0%Cr; 2,0…3,0%W)

Автоматные начинаются - А

Инструментальные: углеродис- тые–0,7…1,3%С(начинаются с У), легированные, быстрорежущие– Р (rapide)

Литейные - Л

Для подшипни-ков качения - Ш

др.
Содержит кроме Fe и С специально введенные химические
элементы

(легирующие  ЛЭ) и Si и Мn больше, чем
в углеродистых сталях

Взаимодействие с Fe и С и
изменение свойств в
необходимых направлениях

ЛЭ

ЛС

4.5.1. Понятие
о легированной
стали

4.5.Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей

Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или неизбежных примесей: Mn, Si, S,P, О, N, Н и др., которые оказывают влияние на её свойства.
Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления части из них при выплавке (Р,S), переходом в сталь в процессе ее раскисления (Mn, Si) или из шихты – легированного металлолома - (Сr, Ni и др).

в Fe и Fe3C  почти все элементы
зависит от

их свойств в соответствии сих положением в
периодической системе (таблице) элементов Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА.

Образуют самостоятельные карбиды  левее Fe Ti,Nb,V, W,Mo,Cr, Mn, и др. Образ. Фазы внедрения МеС (чаще), Ме2С

Карбиды не образуют  правее Fe Ni,Co,Si,Cu и др.

Не растворяются в Fe  далеко от Fe О,В,S.

Химические соединения с Fe  большинство ЛЭ при большом сод.

Не растворяются в Fe и не образуют химсоединения с Pb, Ag.

Образуют оксиды  Mn,Si,Al,Ni,Ti,V и др. при раскислении.

Взаимодействие
ЛЭ
с
Fe и С

сталей
Хром - повышает твердость и прочность, сохраняет вязкость, увеличивает

сопротивляемость стали коррозии.
Никель – повышает прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, прокаливаемость стали.
Вольфрам – образует очень твердые карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость стали.
Ванадий - увеличивает плотность стали, измельчает зерно и повышает твердость и прочностью.
Кобальт - увеличивает ударную вязкость, жаропрочность и магнитные свойства стали.
Молибден – повышает упругость, прочность, красностойкость, коррозионную стойкость и окалийностойкость стали.
Медь – усиливает антикоррозионные свойства стали.
Титан – увеличивает прочность стали, повышает обрабатываемость и сопротивление стали.
Ниобий – повышает сопротивление коррозии.
Алюминий – повышает жаростойкость (совместно с кремнием улучшает коррозионную стойкость)
Цирконий - позволяет получать мелкозернистую сталь.  

аустенита)

аустенита)
Как видно из рисунка, легирующие элементы, растворенные в

феррите, повышают его предел прочности, за исключением марганца и кремния при содержании их больше 2,5-3,0%. Наиболее сильно упрочняют феррит кремний., марганец и никель. Остальные элементы сравнительно мало изменяют прочность феррита.

Легирующие элементы при введении их в сталь в количестве 1-2% снижают ударную вязкость и повышают порог хладоломкости. Исключение составляют никель, который упрочняет феррит при одновременном увеличении его ударной вязкости и понижением порога хладоломкости.

в табл. Менделеева
Кристаллич. решетка ЛЭ подобна Fe
атом ЛЭ 

атом Fe

ЛЭ

атом ЛЭ - атом Fe  РА

Количество ЛЭ

Валентность

Раство-
римость
ЛЭ зависит
от

Крист.реш. ЛЭ одинакова Fe  неограниченная растворимость РА  8%

Ограниченная растворимость  8% РА  15%

Не образуют растворов и не смешиваются (расплав)  РА  20%

Твердые
растворы
замещения
(ТРЗ)

Полная с Fe  Ni, Co.

Ограниченная (ТРЗ)  Cr, Mn, V, Si, Mo, W, Ni, Nb, Al, Zr.

Хорошо растворяются в А  Ni, Mr, Cr и др.

Растворимость
в Fe и
Fe

атом ЛЭ меньше 63% атом Fe  B, C, N, O, H.

Искажение решетки  изменение свойств

Растворы внедрения

ЛЭ на полиморфизм Fe , Fe и положение критических

точек

Ni, Mn, C,
N, Cu.
Co  А3

Расширяют
область
существования
А (А4, А3 ) до
комнатной t0 C

Аустенитные
стали
(нержавеющие,
жаропрочные,
немагнитные)

2. Сужают
область
существования
А (А4 , А3  )

Ферритные
стали
(нержавеющие ,
трансформаторные,
динамные)

Две
группы
ЛЭ

4.5.7. Взаимодействие ЛЭ с С

Карбиды достаточно С

Твердые растворы недостаточно С

Много КОЭ растворяются в Fe3C
образуют спецкарбиды (FeCr)3C; (FeW)3C

Растворяют FeCr7C3 до 60%  (Cr, Fe)7C3

Карбиды
1-й
группы

WC, W2C, MoC, Mo2C, VC, TiC

Карбиды
2-й группы

Карбидообразующие
элементы
(КОЭ)  левее С:
Ti, V, W, Mo, Cr,
Mn, Feактивность.
Карбиды ЛЭ имеют:
твердость > Ц,
хрупкость < Ц

S-образные кривые вправо  устойчивый А
Некоторые изменяют формуS-образных

кривых

Снижение влияния ЛЭ на эти процессы:Mo, Mn, Cr, Ni, W, Cu, Si,Al

Снижают Мн и М к (исключение Со)

Увеличивают прокаливаемость

Снижают рост зерна (исключение Мn)
(по уменьшению влияния: Cr, W, Mo, V, Nb, Ti)

Иногда увеличивают твердость при высоком отпуске (Mo, Mn)

КОЭ должны быть растворены в А

ЛЭ