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 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

Диаграмма состояния стабильного равновесия сплавов Fe-С показана на рис. 60 (штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные - цементита) .

В стабильной системе при температурах, соответствующих лииии CD, кристаллизуется первичный графит. При температуре 1153 °С (линия

1500

о ) 2 3 tf 5 Б С,%

Рис. 60. Диаграмма состояния Fe-С

ECF) образуется графитная эвтектика! аустенит + графит.

По линии ES выделяется вторичный графит, а при 738 °С (линия PSK) образуется эвтектоид, состоящий из феррита и графита. Если при эвтектической кристаллизации выделяется только графит, то чугун называют серым, если графит и цементит - п о -л о в и н ч а т ы м, и если только цементит - белым.

Вероятность образования в жидкой фазе (или аустените) метастабильного цементита, содержащего 6,67 % С, значительно больше, чем графита, состоящего только из атомов углерода. Графит образуется только при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика.

Ускоренное охлаждение частично или полностью прекращает кристаллизацию графита и способствует образованию цементита.

В жидком чугуне присутствуют различные включения (графит, SiO,, AlgOs и др.). Эти частицы облегчают образование и рост графитных зародышей.

Графит, образующийся из жидкой фазы, растет из одного центра и, разветвляясь в разные стороны, приобретает форму сильно искривленных лепестков. В плоскости шлифа графит имеет вид прямолинейных или завихренных пластинок, которые представляют собой различные сечения графитных лепестков (рис. 59, е).

Основная масса графита в серых чугунах получается в период кристаллизации из жидкой фазы. Графит, возникающий при распаде аустенита, не образует самостоятельных выделений, а наслаивается на имеющиеся графитные включения, увеличивая их размеры.

2. Влияние углерода и постоянных привгесей на свойства стали

Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или неизбежных примесей Мп, Si, S, Р, О, Н, N и др., которые влияют на ее свойства.

Влияние углерода. Структура стали (см. рис. 58) после медленного охлаждения состоит из двух фаз -- феррита и цементита. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода (рис. 61, б).

Твердые и хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т. е. повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность и вязкость. Вследствие этого с увеличением в стали углерода возрастают твердость, временное сопротивление разрыву и предел текучести, а уленьшаются относительное удлинение, относительное поперечное сужение и ударная вязкость (рис. 61, а).

Каждая 0,1 % С повышает температуру порога хладноломкости в среднем на 20 °С.

При содержании в стали >1,0-1,2 % С ее твердость в отожженном состоянии возрастает, а временное сопротивление разрыву уменьшается. Последнее объяс-

няется выделением по границам бывшего зерна аустенита вторичного цементита. При испытании на растяжение цементит, будучи хрупким, разрушается, что приводит к преждевременному разрушению образца и снижению временного сопротивления (рис. 61, а).

Влияние кремния и марганца. Содержание кремк.мя в углеродистой стали в качестве примеси обыИпО ае превышает 0,35-0,4 %, а марганца 0,5-0,8 %. Кремний и марганец переходят в сталь в процессе ее раскисления прк выплавке.

Кремний, остающийся после раскисления в твердом растворе (в феррите), сильно повышает предел текучести. Это снижает способность стали к вытяжке и особенно холодной высадке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки и холодной высадки, содержаниекремния должно быть понижено.

Марганец заметно повышает прочность, практически не снижая пластичности, но резко уменьшает красноломкость стали, т. е. хрупкость при высоких температурах, вызванную влиянием серы.

Влияние серы. Сера является вредной примесью в стали. С железом она образует химическое соединение FeS, которое практически нерастворимо в железе в твердом состоянии. Соединение FeS образует с железом легкоплавкую эвтектику (температура плавления 988 °С), которая располагается по границам зерен. При нагревании стали до температуры прокатки или ковки (1000-1200 °С) эвтектика расплавляется, нарушается связь между зернами металла и вследствие этого при деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление носит название красноломкости.

as п

с, % (по пассе)

Рис. 61. Влияние углерода иа механические свойства (я) и количество феррита и цементита в стали (б)