Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

ментит (рис. 30). Для упрощения диаграммы состояния железо - цементит структурные изменения, связанные с существованием б-железа в области температур выше 1401° С, не будут рассматриваться.

На диаграмме точка А отвечает т. пл. чистого железа 1539° С, в точке D т. пл. цементита около 1600° С. Область выше линии ACD (линия ликвидуса) характеризуется жидким состоянием сплава. Полное затвердевание сплавов происходит по линии солидуса АЕСВ. Ниже линии Л С до линии АЕС из жидкого расплава (Ж) выделяются кристаллы аустенита (А). В области АСЕ сплав состоит из жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). Ниже линии CD до линии СБ из жидкого расплава выпадают кристаллы цементита, называемого первичным Щг), и в области DCB находится смесь жидкого раствора (Ж) и цементита (Дг). При содержании углерода в сплаве, равном 4,3% и 1147° С, в точке С одновременно кристаллизуется аустенит и цементит, образуя механическую смесь (эвтектику), называемую ледебуритом (Л). Во всех сплавах, содержащих от 2,14 до 6,67% углерода - чугунах, присутствует ледебурит. Сплавы, лежащие левее точки Е, относятся к группе сталей.

Превращения в твердом состоянии в сплавах системы Fe - FesC связаны с переходом железа из одной модификации в другую и изменением растворимости углерода в железе в результате этого перехода.

В области диаграммы AESG находится аустенит. При снижении температуры ниже линии GS (критическая точка Аз) из аустенита выделяется феррит (Ф), а ниже линии ES - цементит, называемый вторичным (Цц). В области диаграммы GSP сплавы состоят из феррита и аустенита, а в области ниже линии 5 (критическая точка Лет) - из цементита и аустенита. Сплавы, содержащие от 2,14 до 4,3% углерода, при температурах от 1147 до 727° С состоят из аустенита, цементита и ледебуриТа, а содержащие углерода более 4,3% -из цементита и ледебурита.

При 727°С (линия PSK, критическая точка Ai) аустенит распадается с образованием механической смеси феррита и цементита, которая называется перлитом (П). Ниже 727° С железоуглеродистые сплавы имеют следующие -структуры.

Стали, содержащие от 0,02 до 0,8% С феррит+перлит,- доэвтектоидные стали; 0,8% С перлит - эвтекто-

идная сталь; от 0,8 до 2,14% цементит+перлит -Заэв-тсктоидные стали.

Белые чугуны, содержащие от 2,14 до 4,3% С пер-ЛИТ+вторичный цементит + ледебурит, -• доэвтектические чугуны; 4,3% С ледебурит - эвтектический чугун; от 4,3 до 6,67% С цементит первичный+ледебурит - заэвтектнческие чугуны.

Линия PQ показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в феррите уменьшается от 0,02% при 727° С до 0,006% при комнатной температуре. При охлаждении ниже 727° С из феррита выделяется избыточный углерод в виде цементита, называемого третичным. В нпзкоуглеродистых сталях в условиях медленного охлаждения третичный цементит выделяется по границам зерен феррита, что уменьшает пластические свойства, особепио способность к холодной штамповке листовой стали.

Сплавы, содержащие :0,02% С, называют техническим железом.

В практике диаграммой состояния железо - углерод пользуются не только для получения заданных (первоначальных или конечных) структур в сплаве, но и для определения теплового режима при термической обработке, температуры нагревания металла при обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке), а также для определения температурных пределов при этих операциях.

2. Влияние на сталь углерода, постоянных примесей и легирующих элементов

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются твердость и прочность, уменьшаются пластичность и вязкость.

В углеродистой стали кроме железа и углерода содержатся еще постоянные примеси таких элементов, как сера, фосфор, кремний, марганец.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Допускаемое их содержание в зависимости от качества стали должно быть не более 0,05% каждого. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который с железом образует эвтектику Fe - FeS с т. пл. 988° С. Эта эвтектика при затвердевании стали распо-

лагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, и при горячей обработке (ковке, прокатке и т. п.) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление получило название красноломкости стали. Фосфор, растворяясь в феррите, резко снижает его пластичность, вызывает внутрикри-сталлическую ликвацию, способствует росту зерна, что приводит к хрупкости изделий при обычной температуре (хладноломкость). Кремний (до 0,57о) и марганец (до 0,8%) практически не оказывают влияния на свойства стали.

Легированными сталями называют стали, содержащие в своем составе специально введенные легирующие элементы, такие, как никель, хром, молибден, титан, ванадий, вольфрам и др., или в которых содержится повышенное (более 0,5-1,0%) количество кремния или марганца. Введение легирующих элементов в сталь повышает механические свойства или придает им специальные свойства, например жаростойкость, жаропрочность, кис-лотостойкость и др.

Легирующие элементы при введении в сталь мвгут образовывать с железом твердые растворы, растворяться в цементите {например, (Fe, Cr)sC] или образовывать самостоятельные химические соединения с углеродом (специальные карбиды), например VC, * СгтСз и др.

Легированные стали по структуре в условиях равновесия делят на следующие классы: перлитный, ледебу-ритный, ферритный, аустенитный, а по структуре, получаемой после охлаждения на воздухе, на nepjyiTHbifi, мартенситный, аустенитный, карбидный.

3. Чугуны

Чугуны - железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,147о углерода. В зависимости от состояния углерода, входящего в состав сплавов, чугуны подразделяют на белые и серые. Чугуны, у которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита FcsC, на- зываются белыми. Такие чугуны тверды, хрупки, не поддаются механической обработке. В серых чугунах углерод полностью или частично содержится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита.