Как найти структурные составляющие - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Лекция 14.
Термическая
обработка сплавов.

Фазовая
составляющая,
или фаза,
– это гомогенная
часть системы определенного состава
и агрегатного
состояния,
отделенная
от остальных частей системы поверхностями
раздела.

В
отличие от фазовой составляющей,
структурная
составляющая
–
это гомогенная
или квазигомогенная часть системы,
состоящая из
одной или нескольких фаз,
имеющая
во всем объеме этой составляющей
одинаковый средний химический состав
и регулярное строение,
обусловленное особенностями механизмов
ее образования. К
фазовым составляющим в системе
железо–углерод
относятся: жидкий
раствор
(L), твердые
растворы:
феррит
(α), аустенит
(γ) , высокотемпературный
феррит
(δ), а также цементит
и графит
(Г).

Жидкий
раствор в системе железо–углерод
представляет собой раствор
углерода в расплавленном железе.
При температурах значительно
выше линии ликвидус
(преимущественно выше 1700 °С) жидкость
является статистически неупорядоченным
раствором со статистически плотной
упаковкой.

При
небольшом перегреве выше линии ликвидус
жидкий раствор имеет сравнительно
регулярное строение. Жидкий раствор,
образовавшийся при
плавлении δ-феррита (до 0,51 % С),
сохраняет
ближний порядок по ОЦК-решетке δ-железа.
Жидкий
раствор, образующийся при плавлении
аустенита,
имеет
ближний порядок, соответствующий ГЦК
-решетке
γ-железа.

Феррит
– это твердый раствор внедрения углерода
в α-железе.
Решетка феррита – объемно-центрированный
куб с расположением атомов углерода в
сравнительно небольших октаэдрических
пустотах решетки (рис.
4.4),
сильно искажая ее. Растворимость
углерода в феррите невелика. При
температуре 727°С в феррите растворяется
0,02 % С; при понижении температуры
растворимость
уменьшается, достигая величины 0,006 % С
при комнатной температуре.

Рис. 4.4. Позиции
ионов углерода С⁴⁺
в октаэдрических пустотах ОЦК-решетки.

Рис.
4.5. Позиции ионов углерода С⁴⁺
в октаэдрических пустотах ГЦК-решетки
γ-железа.

Структура
феррита
представляет собой сравнительно
равноосные полиэдрические кристаллы,
разделенные между собой тонкими
высокоугловыми границами.
Выявляется обычно структура феррита
при травлении растворами азотной
кислоты.

Феррит
до
температуры точки Кюри
(770°С) сильно
ферромагнитен,
хорошо проводит
тепло и электрический ток.
В
равновесном состоянии феррит пластичен
(относительное удлинение порядка 40 %),
имеет небольшую прочность и твердость
(HB = 65–130, в зависимости от величины
зерна).

Феррит,
в зависимости от характера протекающих
фазовых превращений, в
структуре железоуглеродистых сплавов
может находиться в
виде различных структурных состояний:
феррит как
основа структуры сплава (Ф);
феррит как
вторая (избыточная) фаза,
располагающаяся по
границам перлитных колоний,
в виде отдельных
включений равноосной или игольчатой
формы;
феррит, входящий в
качестве фазы в состав другой структурной
составляющей
– перлита
или феррито-графитного эвтектоида.

При
температурах выше критической точки
А₄
стабильной становится модификация
высокотемпературного δ-феррита,
имеющего, как и низкотемпературный
α-феррит, объемно-центрированную
кубическую решетку,
но с большими по сравнению с ним
параметрами, δ-феррит
парамагнитен.

Аустенит
–
твердый раствор внедрения углерода в
γ-железе. Решетка аустенита –
гранецентрированный
куб (ГЦК).
Атомы углерода располагаются в крупных
октаэдрических пустотах решетки
(рис.
4.5).

Растворимость
углерода в аустените значительно больше,
чем в феррите:
2,03 и 2,14 % при
температурах эвтектического превращения,
соответственно, в стабильной и
метастабильной системе. При
понижении температуры растворимость
уменьшается до 0,69 и 0,80 % в упомянутых
системах,
что соответствует температурам
эвтектоидного превращения в той и другой
системах.

Аустенит
в структуре выявляется так же, как и
феррит, в
виде сравнительно равноосных полиэдров,
но
отличается от него значительным
количеством двойников
в теле зерна. Аустенит – парамагнитная
составляющая во всем температурном
интервале
его существования. Аустенит мягок,
хотя тверже феррита (HB = 200–250). Он пластичен
(относительное удлинение 40–50 % и выше).
Превращение
феррита и феррито-цементитной смеси
в
аустенит
сопровождается уменьшением
объема.

Структурное
состояние аустенита (А) в железоуглеродистых
сплавах аналогично ферриту: он может
быть единственной структурной составляющей
в сплаве; составлять основу сплава;
входить в него как остаточный аустенит;
содержаться в виде фазовой составляющей
в составе более сложной структурной
составляющей – эвтектической
аустенито-цементитной смеси (ледебурита),
существующей при температурах выше
эвтектоидной линии на диаграмме
железо–углерод.

Цементит
–
метастабильное соединение железа с
углеродом, соответствующее формуле
Fe₃C.
Цементит имеет сложную
орторомбическую решетку
(рис.
4.6),
основа которой представляет собой
трехгранную,
слегка искаженную призму, образованную
шестью атомами железа.

Часть
атомов железа имеет 11 соседних атомов
железа,
а часть
– 12.
Пустоты
заполняются атомами углерода.
В этом структура
цементита близка по своему строению к
структуре аустенита,
а также к
плотнейшей гексагональной модификации
ε-железа.

Цементит
– соединение практически постоянного
состава. Растворимость железа в цементите
имеет место, но ее величина очень мала
и практически незначима. Цементит при
повышении температуры сравнительно
легко разлагается на железо (аустенит
или феррит) и графит. Это свойство
цементита лежит в основе явления
графитизации и используется для получения
серых и ковких чугунов. Цементит
хрупок, очень тверд (НВ около 800), слабо
магнитен
до температуры 210°С. Выше этой температуры
цементит парамагнитен.

Рис. 4.6. Позиции
ионов углерода и железа в структуре
цементита.

Структурное
состояние цементита определяется в
основном типом превращения, при котором
он образуется.
Различают первичный
цементит (Ц_I),
который представляет собой крупные
игольчатые кристаллы,
образующиеся при кристаллизации
непосредственно из жидкости в
заэвтектическом белом чугуне. Вторичный
цементит (Ц_II)
выделяется в заэвтектоидных сталях и
доэвтектических чугунах в основном в
виде сетки по границам зерен
аустенита, а также в ряде случаев в
виде равномерно распределенных по
объему аустенитного зерна
скогулированных
частиц или игл.
Вторичный
цементит
– это избыточная
фаза в железоуглеродистых сплавах,
выделяющаяся из аустенита при охлаждении
в результате уменьшения растворимости
углерода в аустените при понижении
температуры.

Выделение
третичного
цементита
(Ц_III)
характерно для технического железа и
малоуглеродистой стали. Выделяется
третичный цементит из феррита в результате
уменьшения растворимости углерода в
феррите с понижением температуры от
727°С до комнатной температуры. Третичный
цементит в структуре железа и
малоуглеродистой стали наблюдается в
виде тонких прожилок по границам зерен
феррита.
Такие выделения третичного цементита
охрупчивают железо и малоуглеродистые
стали.
Поэтому такие сплавы подвергают
термической обработке с целью изменения
структурного состояния третичного
цементита. Желательное его положение
в структуре сплава –равномерно
рассредоточенные выделения в объеме
ферритных зерен. Этого добиваются путем
закалки и последующего старения.

Кроме
того, цементит в качестве фазовой
составляющей входит в состав сложных
двухфазных структурных составляющих
в железоуглеродистых сплавах – перлита
и ледебурита. В этом случае такой цементит
называют эвтектоидным
или
эвтектическим
(Цэ)
соответственно.

Графит
–
важнейшая фазовая и структурная
составляющая (Г) серых и ковких чугунов,
обусловливающая их малую усадку при
кристаллизации, высокие антифрикционные
свойства, малую изнашиваемость, большое
внутреннее трение, обеспечивающее
уменьшение вибраций, и ряд других
полезных свойств. Графит – гексагональная
модификация углерода. При нормальном
давлении графит является стабильной
составляющей до температур около 4 000
°С.

Врешетке графита атомы расположены
слоями с гексагональной симметрией
(рис.
4.7).
В первом и третьем слоях атомы расположены
друг над другом. Во втором (среднем) слое
атомы сдвинуты вдоль наибольшей диагонали
шестигранника на величину параметра
решетки (длину стороны шестигранника).
Расстояние между слоями (3,35 кХ) значительно
больше, чем расстояния между соседними
атомами в гексагональном слое. Из-за
легкой подвижности слабо связанных
гексагональных слоев графит является
наименее прочной фазой железоуглеродистых
сплавов.

Рис.
4.7. Расположение атомов углерода в
слоистой гексагональной решетке графиа:
сплошные линии – расположение атомов
и связей в 1-м и 3-м гексагональных слоях,
штриховые – в среднем, 2-м слое.

Графит
в структуре железоуглеродистых сплавов
находится либо в виде избыточной фазы
(в заэвтектическом сером чугуне), либо
в качестве фазовой составляющей, входящей
в состав аустенито-графитной эвтектики.
Графит имеет форму разветвленных
крабовидных включений. Эвтектический
графит отличается от первичного меньшими
размерами и большей разветвленностью.

После
модифицирования жидкого чугуна магнием
и некоторыми другими элементами, а также
после отжига белого чугуна на ковкий в
структуре можно наблюдать глобулярный
графит. Эта форма графита обеспечивает
получение повышенной прочности и
пластичности чугуна.

Все
описанные фазовые составляющие могут
одновременно быть и структурными
составляющими, если они в структуре
сплава находятся в виде избыточных фаз
или составляют основу структуры сплава.

Кроме
однофазных структурных составляющих
в железоуглеродистых сплавах имеют
место и сложные двухфазные: перлит,
ледебурит, графито-аустенитная эвтектика
и феррито-графитный эвтектоид.

Перлит
–
это эвтектоидная физико-химическая
смесь двух фаз: феррита и цементита,
образовавшаяся в метастабильной системе
железо–углерод за счет диффузионного
расслоения аустенита по эвтектоидной
реакции. Перлит образуется при
переохлаждении аустенита ниже линии
PSK диаграммы железо–углерод. Строение
перлита определяется величиной
переохлаждения, при котором происходит
распад.

При
малом переохлаждении (на 20–30°С ниже
линии эвтектоидного превращения)
образуется зернистый
перлит.
Зернистый перлит представляет собой
феррито-цементитную структуру, в которой
основой является феррит, а по его объему
статистически равномерно распределены
зернистые, близкие к сферическим,
включения цементита.

При
большем переохлаждении образуется
структура пластинчатого
перлита,
состоящего из регулярно чередующихся
пластин цементита и феррита, причем
пластины феррита примерно в 7 раз толще
пластин цементита.

Абсолютные
значения толщины цементитных и ферритных
пластин, величина расстояния между
одноименными пластинами в составе
эвтектоидной смеси, называемая
межпластиночным
расстоянием и
характеризующая степень дисперсности
структуры, определяются степенью
переохлаждения аустенита ниже равновесной
температуры эвтектоидной реакции. Чем
больше степень переохлаждения, тем выше
дисперсность феррито-цементитной
эвтектоидной смеси. Высокодисперсные
феррито-цементитные смеси носят названия
сорбит
и
троостит.
Троостит
–
наиболее дисперсная феррито-цементитная
смесь.

Перлит
присутствует в структуре сталей и
чугунов. Количество перлита растет в
доэвтектоидных сталях с увеличением
содержания углерода от 0,02 до 0,8 %.
Эвтектоидная сталь имеет чисто перлитную
структуру (100 % перлита). Дальнейшее
увеличение содержания углерода в стали,
соответствующее переходу к заэвтектоидным
сталям, а далее – к чугунам, сопровождается
уменьшением доли перлита в структуре
за счет появления и увеличения количества
вторичного, эвтектического и, наконец,
первичного цементита.

Соседние файлы в папке Технология материалов

Источник

Диаграмма железо-углерод – это графическое отображение структуры сплавов, состоящих только из железа и углерода, в зависимости от исходной средней концентрации углерода и текущей температуры сплава. Диаграмма железо-углерод позволяет понять процессы, происходящие при термообработке стали.

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит). Упрощенная

Структуры на диаграмме железо-углерод

Напомним о 2 кристаллических формах железа:

α-железо. Имеет объемноцентрированную кубическую (ОЦК) решетку;
γ-железо. Имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку.

Кристаллическая решетка железа

Полиморфное превращение одной формы в другую при проведении термообработки сталей происходит при прохождении сплавами линии GSK.

Выделим 4 фазы в системе железо-углерод:

Жидкая фаза. Концентрация углерода не ограничена;
Феррит – это твёрдый раствор углерода в α-железе. Максимальная концентрация углерода – всего лишь 0,025% (точка P). При комнатной температуре – не выше 0,006%. Феррит мягок и пластичен.
Аустенит – твёрдый раствор углерода в γ-железе. Максимальная концентрация углерода — 2,14 % (точка E). Аустенит имеет невысокую твёрдость, пластичен, не магнитится.
Цементит — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа, Fe₃C). Концентрация углерода, соответственно, постоянная – 6,67 % углерода. Цементит очень твёрд, хрупок, непластичен.

В зависимости от условий образования выделяют:

первичный цементит (образуется из жидкости);
вторичный цементит (выделяется из аустенита вокруг его зерен);
третичный цементит (выделяется из феррита по границам его зерен);
эвтектоидный цементит (является составной частью перлита);
эвтектический цементит (является составной частью ледебурита).

Необходимо так же выделить 2 структурные составляющие железоуглеродистых сплавов:

Перлит (эвтектоид) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен феррита и цементита. Перлит образуется в результате перлитного превращения аустенита («свободного» или входящего в состав ледебурита) с концентрацией углерода 0,8% при прохождении ниже линии PSK:

А_0,8→Ф_0,025 + Ц_6,67

Структура перлита. Ф — феррит, Ц — цементит

Железо при этом переходит из γ-формы в α-форму. Механические свойства сильно зависят от размера (дисперсности) частичек, из которых состоит данный перлит.

Ледебурит (эвтектика) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен аустенита и цементита. Ледебурит образуется из жидкой фазы с концентрацией углерода 4,3% при прохождении ниже линии ECF:

Ж_4,3→А_2,14 + Ц_6,67

Структура ледебурита. Ц — цементит, А — аустенит.

Повторяясь, напомним, что при прохождении сплавов ниже линии PSK (727°С) аустенит, входящий в состав ледебурита, претерпевает перлитное превращение, разделяясь на феррит и цементит. Ледебурит тверд и хрупок.

При комнатной температуре железоуглеродистые сплавы могут иметь различную структуру, а значит и свойства, хотя и состоят всегда всего из 2 фаз: феррита и цементита.

Некоторые элементы диаграммы железо-углерод

Выделим несколько границ на диаграмме железо-углерод:

линия ACD. Линия ликвидус. При охлаждении сплавов ниже нее начинается их кристаллизация;
линия AECF. Линия солидус. При охлаждении сплавов ниже нее весь сплав переходит в твердое состояние;
линия ECF. Иногда называется линией ледебуритного превращения. При охлаждении сплавов с содержанием углерода выше 2,14% ниже нее жидкая фаза превращается в ледебурит;
линия PSK. Линия перлитного превращения. При охлаждении сплавов ниже нее аустенит превращается в перлит.

Отметим несколько важных точек на диаграмме:

точка E. Точка максимального насыщения аустенита углеродом – 2,14%, при температуре 1147°С;
точка P. Точка максимального насыщения феррита углеродом – 0,025%, при температуре 727°С;
точка S. Точка «0,8% С-727°С» превращения аустенита с концентрацией углерода 0,8% в перлит (эвтектоид) той же средней концентрации;
точка C. Точка «2,14 % С-1147°С» превращения жидкости с концентрацией углерода 2,14% в ледебурит (эвтектику) той же средней концентрации.

Часто значения температур, при которых происходят структурные изменения конкретного сплава обозначают буквами A:

A₁ – линия PSK;
A₂ – линия MO – точка Кюри, в которой происходит изменение магнитных свойств сплавов;
A₃ – температуры, соответствующие линии GS;
A_cm – температуры, соответствующие линии SE.

Поскольку температуры фазовых переходов при нагреве и охлаждении слегка отличаются, то часто вводят дополнительные буквенные обозначения:

с – для температур фазовых переходов при нагреве;
r – при охлаждении,

например, A_c₁ или A_r₁.

Чтение диаграммы железо-углерод

Состав сплава с данным исходным содержанием углерода при заданной температуре мы можем увидеть, двигаясь по вертикальной линии, соответствующей содержанию углерода в сплаве.

Рассмотрим, например, область AEC. С ней соседствуют области аустенита AESG и жидкой фазы. Сплавы в ней состоят из жидкой фазы и образующегося твердого аустенита. Как определить концентрацию углерода в разных фазах для данного сплава? Рассмотрим для примера сплав с исходной концентрацией углерода 2,5% при температуре 1250°С.

Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (~1.5%).

Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (~3.5%).

Именно таким образом мы можем определить концентрацию углерода в фазах любого сплава при заданной температуре:

в жидкой фазе и аустените в области AEC;
в жидкой фазе в области CDF (концентрация углерода в цементите, конечно, постоянна – 6,67%);
в аустените в области SEFK;
в феррите в области QPKL;
в феррите и аустените в области GPS.

Как видим, при концентрации углерода выше 2,14% насыщение охлаждаемого расплава углеродом всегда стремится к 4,3% (по линиям AC и DC) по мере приближения к температуре 1147°С (уровень ECF). Далее происходит превращение жидкости в ледебурит (эвтектику). Естественно, с этим же средним содержанием углерода.

По мере приближения к температуре 727°С (уровень PSK) концентрация углерода в аустените («свободном» и/или входящем в состав ледебурита) стремится к 0,8% (по линиям GS и ES). Далее происходит превращение аустенита в перлит (эвтектоид). Перлит, конечно, имеет среднее содержанием углерода 0,8%.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Классификация железоуглеродистых сплавов в зависимости от концентрации углерода в сплаве:

C<0,025%. Техническое железо. При комнатной температуре будет состоять только из феррита;
0,025<C<2,14. Стали:

- 0,025<C<0,8. Доэвтектоидные стали. Состав: феррит + перлит (или третичный цементит);
- C=0,8. Эвтектоидная сталь. «Чистый» перлит;
- 0,8<C<2,14. Заэвтектоидная сталь. Состав: вторичный цементит + перлит;

2,14<C<6,67. Чугуны:

- 2,14<C<4,3. Доэвтектический чугун. Состав: ледебурит + перлит + вторичный цементит;
- C=4,3. Эвтектический чугун. «Чистый» ледебурит;
- 4,3<C<6,67. Заэвтектический чугун. Состав: ледебурит + цементит.

Техническое железо выделяет то, что оно состоит исключительно из феррита. Который и определяет его свойства: мягкость, чрезвычайную пластичность и т.д.

Чугуны же выделяет наличие ледебурита, придающего им хрупкость. Поэтому чугуны не могут подвергаться ковке. Зато обладают лучшими литейными свойствами (чем стали), обусловленными наличием легкоплавкого ледебурита.

Термообработка сталей в ООО КВАДРО

Наше предприятие уже почти четверть века производит на заказ термообработку металлов в Санкт-Петербурге. Заказать термообработку у нас Вы можете, оставив Вашу заявку на электронной почте или позвонив нам.

Мы производим термообработку сталей (в т.ч. нержавеющих, инструментальных и т.п.) по чертежам Заказчика или заданным режимам, а так же иных металлов и сплавов (алюминиевых и титановых, латуней и бронз, и т.д.).

Основные виды термической обработки металлов, осуществляемые на нашем предприятии на заказ:

закалка (в т.ч. в соляных ваннах, например, для калки быстрорезов);

Напоминаем так же, что у нас вы можете воспользоваться широким спектром методов металлообработки, включая фрезерные работы и токарную обработку.

Источник

Диаграмма состояния железо-углерод (цементит) — это графическое отображение фазового состава и структуры сплавов в зависимости от концентрации углерода и температуры

Содержание

Компоненты в системе «железо-углерод»
- Железо
- Углерод
- Цементит
Фазы в системе «железо-углерод»
- Жидкая фаза
- Феррит
- Аустенит в сталях
- Цементит – формы существования
Другие структурные составляющие в системе «железо-углерод»
- Перлит
- Ледебурит в сталях
Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо-углерод
Значение линий диаграммы состояния системы железо-углерод

Компоненты в системе «железо-углерод»

Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит:

Железо

Железо – d-переходный металл серебристо-светлого цвета. Температура плавления – 1539° С. Удельный вес равен 7,86 г/см3. Наиболее существенной особенностью железа является его полиморфизм. В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях — α и γ. Полиморфные превращения происходят при температурах 911° С и 1392° С. При температуре ниже 911° С и выше 1392° С существует Feα (или α-Fе) с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392° С устойчивым является Feγ (или γ-Fе) с гранецентрированной кубической решеткой. При превращении α→γ наблюдается уменьшение объема, так как решетка γ-Fе имеет более плотную упаковку атомов, чем решетка α-Fе. При охлаждении во время превращения γ→α наблюдается увеличение объема. В интервале температур 1392…1539° С высокотемпературное Feα называют Feδ. Высокотемпературная модификация Feα не представляет собой новой аллотропической формы.

При температуре ниже 768° С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точку 768° С, соответствующую магнитному превращению, т.е. переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное называют точкой Кюри. Модификация Feγ парамагнитна.

Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (временное сопротивление – σв=250 МПа, предел текучести – σт=120 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – δ=50 %, а относительное сужение – ψ=80 %). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна. Железо характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.

Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

Углерод

Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500° С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000° С).

В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).

Цементит

Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода. Более точные исследования показали, что цементит может иметь переменную концентрацию углерода. Однако в дальнейшем, при разборе диаграммы состояния, сделаем допущение, что Fе3С имеет постоянный состав. Кристаллическая решетка цементита ромбическая, удельный вес 7,82 г/см3 (очень близок к удельному весу железа). При высоких температурах цементит диссоциирует, поэтому температура его плавления неясна и проставляется ориентировочно – 1260° С. Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу. При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 210° С. Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: например, азотом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.

Если графит является стабильной фазой, то цементит – это метастабильная фаза. Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

Фазы в системе «железо-углерод»

В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит, графит.

Жидкая фаза

Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

Феррит

Феррит (Ф, α)- твердый раствор внедрения углерода в α-железе (от латинского слова ferrum – железо). Различают низкотемпературный феррит с предельной растворимостью углерода 0,02 % при температуре 727° С (точка P) и высокотемпературный δ-феррит (в интервале температур 1392…1539° С) с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499° С (точка J).

Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 80 — 130 НВ, временное сопротивление – σв=300 МПа) и пластичен (относительное удлинение — δ=50 %), магнитен до 768° С.

Под микроскопом феррит выглядит как светлые полиэдрические зерна. В сталях может существовать в виде сетки (разной толщины, в зависимости от содержания углерода), зерен (малоуглеродистые стали), пластин или игл (видманштетт).

Аустенит в сталях

Аустенит (А, γ) – твердый раствор внедрения углерода в γ–железо (по имени английского ученого Р. Аустена). Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Предельная растворимость углерода в γ -железе 2,14 % при температуре 1147° С (точка Е). Аустенит имеет твердость 180 НВ, пластичен (относительное удлинение – δ=40…50 %), парамагнитен. При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования. Под микроскопом выглядит как светлые полиэдрические зерна с двойниками.

Цементит – формы существования

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный, цементит вторичный, цементит третичный. Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Поскольку углерод в сплавах с железом встречается в виде цементита и графита, существуют две диаграммы состояния, описывающие условия равновесия фаз в системах железо — цементит и железо — графит. Первая диаграмма (Fе — Fе3С) называется цементитной (метастабильная), вторая (Fе — С) — графитной (стабильная). Оба варианта диаграммы приводятся вместе в одной системе координат: температура — содержание углерода. Диаграмма состояния системы железо — углерод построена по результатам многочисленных исследований, проведенных учеными ряда стран. Особое место среди них занимают работы Д.К. Чернова. Он открыл существование критических точек в стали, определил их зависимость от содержания углерода, заложил основы для построения диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов в ее нижней, наиболее важной части.

Буквенное обозначение узловых точек в диаграмме является общепринятым как в России, так и за рубежом.

Диаграмма состояния железо-углерод

Имеющиеся во всех областях диаграммы фазы видны на рисунке. Значение всех линий указано в таблице.

Ликвидус по всей диаграмме проходит по линиям АВ, ВС, СD; солидус — по линиям АН, НJ, JЕ, ЕСF. Сплавы железа с углеродом обычно делят на стали и чугуны. Условной границей для такого деления является 2,14 % С (точка E). Сплавы, содержащие углерода менее 2,14 %, относятся к сталям, более 2,14 % — к чугунам.

Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения. Обозначаются буквой А. В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс с (от слова chauffage – нагрев) при нагреве и индекс r (от слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.

Таким образом, например, нагрев доэвтектоидной стали выше соответствующей точки на линии GS обозначается как нагрев выше точки АС3. При охлаждении же этой стали первое превращение должно быть обозначено как Аr3, второе (на линии РSК) — как Аr1.

Другие структурные составляющие в системе «железо-углерод»

Кроме компонентов и фаз в системе сплавов «железо-углерод» присутствуют другие структурные составляющие — перлит и ледебурит

Перлит

Перлит — эвтектоид, механическая смесь феррита и цементита, полученная в результате распада аустенита при охлаждении сплавов ниже 727° С. При медленном охлаждении перлит присутствует во всех сплавах с концентрацией углерода от 0,02 до 6,67%. Под микроскопом перлит может выглядеть либо как пластины, либо как зерна — зернистый перлит. Его вид, также как и механические свойства, зависит от скорости охлаждения сплава и вида его термической обработки

Ледебурит в сталях

Ледебурит — эвтектика, механическая смесь аустенита и цементита, выделяющаяся из жидкости при охлаждении сплавов ниже 1147° С. Принципиальное отличие эвтектикой составляющей от эвтектоидной заключается в том, что первая выделяется из жидкости, а вторая из твердого раствора, в случае железоуглеродистых сплавов — из аустенита. Название данная структурная составляющая получила в честь имени немецкого ученого-металлурга Ледебура.

Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо-углерод

Узловые критические точки диаграммы железо-углерод

Значение линий диаграммы состояния системы железо-углерод

Значения линий на диаграмме железо-углерод

Всякая диаграмма состояния показывает условия равновесного сосуществования фаз во взятой системе компонентов.

Полное физико-химическое равновесие между фазами может быть достигнуто только в специальных лабораторных условиях, а на практике некоторым приближением к этому состоянию может быть случай чрезвычайно медленного охлаждения или нагрева сплава с весьма длительными выдержками во времени при любых искомых температурах.

Источник

Компонентами данной системы являются железо и углерод. Железо — металл серебристо-белого цвета, атомный номер 26, атомный вес 55,85, атомный радиус 1,27 Å, температура плавления 1539 0С, плотность 7,86 г/см3. Железо обладает невысокой твердостью и прочностью: НВ80, sв = 250 МПа, d = 50 %, j = 80 %; имеет три полиморфные модификации Fea, Feg и Fed.

Углерод — неметаллический элемент, атомный номер 6, атомный радиус 0,77 Å, атомный вес 12,01, температура плавления 3500 0С, плотность 2,5 г/см3. Углерод полиморфен. Он может образовывать три кристаллографические формы: графит, алмаз, фуллерен.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состоянии, с железом может образовывать химическое соединение — цементит.
На диаграмме ”Fe-C” могут быть четыре фазы:
1) жидкая фаза (Ж); 2) феррит (Ф); 3) аустенит (А); 4) цементит (Ц).

Жидкая фаза — существует выше линии ликвидус. Железо хорошо растворяет углерод, образуя однородную жидкую фазу.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в Fea.

Углерод располагается в решетке a-Fe в центре грани куба. Максимальная растворимость достигает 0,02 % С при 727 0С. При комнатной температуре максимально растворяется до 0,006 % С. Твердость и механические свойства феррита близки к свойствам технического железа.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в Feg.

Атом углерода располагается в центре элементарной ячейки. Предельная растворимость углерода в g-Fe 2,14 % при 1147 0С и 0,8 % при 727 0С.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом Fe3С.

В цементите содержится 6,67 % С. Он имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой находятся 12 атомов железа и 4 атома углерода. Температура плавления цементита точно не определена и составляет около 1500 0С.

Цементит обладает очень высокой твердостью — порядка 800 НВ, хрупкий. До 217 0С имеет слабые ферромагнитные свойства.

По моменту образования в сплаве цементит условно подразделяется на первичный (ЦI) — кристаллизуется из жидкой фазы, вторичный (ЦII) — выделяется из аустенита, третичный (ЦIII) — выделяется из феррита.

Цементит — соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.
В учебном пособии рассматривается упрощенная диаграмма ”Fe-С” без высокотемпературного участка перитектического превращения (рисунок 29).
Линии на диаграмме:
АСД — ликвидус; АЕСF — солидус; SЕ — линия предельной растворимости углерода в аустените; РQ — линия предельной растворимости углерода в феррите; GS- линия начала вторичной перекристаллизации (при охлаждении) — аустенита в феррит; РG — линия конца вторичной перекристаллизации; S — эвтектоидная точка; РSК — линия эвтектоидного превращения; С — эвтектическая точка; ЕСF — линия эвтектического превращения.
Сплавы на диаграмме:

до 0,02 % С — техническое железо (феррит);
до 2,14 % С — углеродистые стали;
свыше 2,14 % С до 6,67 % С — углеродистые чугуны;
от 0,006 % С с до 0,8 % С — доэвтектоидные стали;
0,8 % С — эвтектоидная сталь;
свыше 0,8 % С до 2,14 % С — заэвтектоидные стали;
от 2,14 % С до 4,3 % С — доэвтектические чугуны;
4,3 % С — эвтектический чугун;
свыше 4,3 % С до 6,67 % С — заэвтектическими чугуны;
6,67 % С — цементит.

Эвтектоид представляет собой мелкодисперсную механическую смесь двух фаз — феррита и цементита вторичного (Ф+ЦI) и называется перлитом (П). Эвтектоид образуется при строго определенном количестве углерода в сплаве — 0,8 %. Эвтектоидное превращение (при охлаждении) идет при постоянной температуре (727 0С):

Рисунок 29 — Диаграмма состояния сплавов системы «железо-углерод» и кривые охлаждения

Эвтектика представляет собой мелкозернистую механическую смесь двух фаз – аустенита и цементита первичного (А+ЦI) при 1147 0С и называется ледебуритом (Л). Эвтектическое превращение идет при постоянной температуре (1147 0С), когда жидкая фаза имеет строго определенное содержание углерода — 4,3 %:

Фазовые превращения в сплавах при охлаждении прослеживаются по кривым охлаждения.

Сплав I содержит 0,8 % С и является эвтектоидным. Кристаллизация аустенита начинается в точке 1 и заканчивается в точке 2. До точки S в сплаве не происходит никаких фазовых превращений: сплав просто охлаждается. При температуре 727 0С (точка S) весь аустенит превращается в перлит. После эвтектоидного превращения феррит содержит 0,02 % С.

По мере охлаждения содержание в нем углерода снижается до 0,006 %. Избыток углерода идет на образование цементита третичного (ЦIII). Структура стали при комнатной температуре перлит. Из-за небольшого количества в сплаве цементит третичный на диаграмме не указывается.

Сплав II является заэвтектоидным. От точки 3 до точки 4 идет кристаллизация аустенита. В точке 4 кристаллизация завершается, и сплав охлаждается без фазовых превращений до точки 5, которая соответствует предельной растворимости углерода в аустените.

По мере охлаждения содержание углерода снижается до 0,8 %. Избыток углерода идет на образование цементита вторичного (ЦII). При температуре 727 0С идет эвтектоидное превращение (точка 6). В результате охлаждения сплава до комнатной температуры образуется цементит третичный (ЦIII). Структура стали — перлит и цементит вторичный (располагается по границам зерен перлита).

Сплав III является эвтектическим чугуном и содержит 4,3 % С. При охлаждении сплава при температуре 1147 0С (точка С) вся жидкая фаза превращается в ледебурит, в котором аустенит содержит 2,14 % С.

По мере охлаждения содержание в нем углерода снижается до 0,8 %. Избыточный углерод образует цементит вторичный. В точке 7 идет эвтектоидное превращение, а ниже, по мере охлаждения, образуется цементит третичный (ЦIII).

Изменение фазового состава эвтектического сплава происходит по схеме

Структура эвтектического чугуна — ледебурит.

Сплав IV является заэвтектическим сплавом. От точки 8 до точки 9 идет кристаллизация первичного цементита (ЦI). В точке 9 жидкая фаза достигает эфтектической концентрации (4,3 % С) и идет эвтектическое превращение, образуется ледебурит. Превращение ледебурита до комнатной температуры аналогично сплаву III. Структура сплава — иглы первичного цементита и ледебурит.

Все углеродистые чугуны имеют температуру конца кристаллизации ниже, чем углеродистые стали, так как содержат в своем составе эвтектику (ледебурит). Этим определяются высокие литейные свойства чугунов (жидкотекучесть, небольшая усадка и малая склонность к поглощению газов) и отсутствие пластичности из-за повышенного содержания цементита.

Микроструктура железоуглеродистых сплавов приведена на рисунке 31.

Критические точки на диаграмме «Железо-углерод» >
Дальше >

Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/diagramma-zhelezo-uglerod

Металлические сплавы и диаграммы состояния

Вид диаграммы определяется характером взаимодействий, которые возникают между компонентами в жидком и твердом состояниях. Однокомпонентная диаграмма представляет собой температурную шкалу с нанесенными на нее точками фазовых превращений:

Двухкомпонентная диаграмма помимо температурной оси (оси ординат), имеет ось концентраций (ось абсцисс). Один конец оси абсцисс соответствует чистому компоненту А, другой – В. Промежуточные точки соответствуют сплавам с различным соотношением компонентов.

Трехкомпонентные диаграммы имеют вид трехгранной равносторонней призмы, в основании которой лежит концентрационный треугольник, а ребра являются температурными осями.

Рассмотрим наиболее типичные двухкомпонентные диаграммы:

1 типа. Для сплавов, образующих при затвердевании механическую смесь. Их компоненты в твердом состоянии нерастворимы, и не образуют химических соединений.

2 типа. Для сплавов с полной взаимной растворимостью, как в жидком, так и в твердом состоянии.

3 типа. Для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии.

4 типа. Для сплавов с устойчивым химическим соединением.

Диаграмма 1 типа.

Компоненты: вещества А и В. Фазы : жидкий раствор L, кристаллы А и кристаллы В. Максимальное значение фаз – 3.

АСВ – ликвидус. DСЕ – солидус. При охлаждении по АС начинают выделяться кристаллы А, по СВ – кристаллы В. На линии DСЕ из жидкости концентрации С одновременно выделяются кристаллы А и В, образуя эвтектику. DСЕ – линия эвтектических превращений.

Ниже линии АС область двухфазная. Здесь существуют одновременно жидкий раствор L и твердая фаза – кристаллы А.

Рассмотрим кривую охлаждения для сплава I. В точке 1 – начало кристаллизации сплава. На кривой охлаждения наблюдается перегиб. В процессе кристаллизации состав жидкости будет меняться по линии АС. В т.2 жидкость будет иметь концентрацию точки С.

При этой температуре из жидкости одновременно выделяются кристаллы А и В, образуя механическую смесь – эвтектику (А+В), т.е. образуются двухфазные кристаллы. Этот процесс изотермический и происходит по линии DСЕ, кот. называется линией эвтектических превращений.

С – тройная точка: при данной температуре и данном составе в системе существует 3 фазы: L, А, В. Кривая охлаждения для сплава I:

Сплав 1 – доэвтектический. Структура: А + эвтектика (А+В)

Сплав 2 – эвтектический. Структура: эвтектика (А+В)

Сплав 3 – заэвтектический. Структура В + эвтектика (А + В).

Диаграмма 2 типа.

Компоненты А и В. Фазы: L, α..

Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз – жидкого раствора L и твердого раствора α. Трех фаз быть не может. Кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается и горизонтальной линии на диаграмме нет.

Диаграмма состояния 3 типа.

Компоненты А, В. Фазы: L, α., β .

В сплавах такого рода возможно существование жидкой фазы L, твердого раствора компонента В в А — α.- твердый раствор и твердого раствора компонента А в В – β-твердый раствор.

В таких сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном существовании трех фаз: L, α., β . В этой системе не образуется фазы, представляющей собой чистые компоненты.

Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α. и β.

Около вертикалей А и В находятся области существования твердых растворов α. и β.

Предельная растворимость В в А определяется линией DF, а предельная растворимость А в В линией ЕG. Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из α. + β.

Линия АСВ является на этой диаграмме линией ликвидуса, АDСЕВ – солидуса. Линия DСЕ – линия эвтектических превращений, С- тройная точка.

Рассмотрим кристаллизацию сплава 1. Выше т.1 сплав находится в жидком состоянии. В т.1 – начинается выделение кристаллов твердого раствора α.. В т.2 – кристаллизация заканчивается.

Эти кристаллы не претерпевают изменений до т.3. Ниже т.3 твердый раствор α является пересыщенным и выделяет избыточные кристаллы – βII -твердого раствора, которые называются вторичными.

Сплав, концентрация которого лежит левее DF, не будет иметь вторичных выделений.

Линия ЕG, в отличие от линии DF, изображена вертикальной, т.е. растворимость А в В не зависит от температуры. Поэтому вторичных α2- кристаллов нет.

Построение кривых охлаждения

Провести вертикаль через данный состав сплава (например, для сплава 1:20%В и 80%А).
Отметить точки пересечения вертикали с линиями диаграммы (1,2,3,4)
Сделать горизонтальную проекцию на ось температур.
Построить кривые охлаждения, учитывая фазовые превращения. При простом охлаждении процесс идет быстро. При фазовых превращениях охлаждение сплавов замедляется и меняется наклон кривой. При кристаллизации эвтектики на кривой наблюдается горизонтальный участок.

Источник: https://moodle.kstu.ru/mod/book/tool/print/index.php?id=27810

Диаграмма железо-углерод

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит). Упрощенная

Структуры на диаграмме железо-углерод

Напомним о 2 кристаллических формах железа:

α-железо. Имеет объемноцентрированную кубическую (ОЦК) решетку;
γ-железо. Имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку.

Кристаллическая решетка железа

Выделим 4 фазы в системе железо-углерод:

Жидкая фаза. Концентрация углерода не ограничена;
Феррит – это твёрдый раствор углерода в α-железе. Максимальная концентрация углерода – всего лишь 0,025% (точка P). При комнатной температуре – не выше 0,006%. Феррит мягок и пластичен.
Аустенит – твёрдый раствор углерода в γ-железе. Максимальная концентрация углерода — 2,14 % (точка E). Аустенит имеет невысокую твёрдость, пластичен, не магнитится.
Цементит — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа, Fe3C). Концентрация углерода, соответственно, постоянная – 6,67 % углерода. Цементит очень твёрд, хрупок, непластичен.

В зависимости от условий образования выделяют:

первичный цементит (образуется из жидкости);
вторичный цементит (выделяется из аустенита вокруг его зерен);
третичный цементит (выделяется из феррита по границам его зерен);
эвтектоидный цементит (является составной частью перлита);
эвтектический цементит (является составной частью ледебурита).

Необходимо так же выделить 2 структурные составляющие железоуглеродистых сплавов:

Перлит (эвтектоид) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен феррита и цементита. Перлит образуется в результате перлитного превращения аустенита («свободного» или входящего в состав ледебурита) с концентрацией углерода 0,8% при прохождении ниже линии PSK:

А0,8→Ф0,025 + Ц6,67

Структура перлита. Ф — феррит, Ц — цементит

Ледебурит (эвтектика) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен аустенита и цементита. Ледебурит образуется из жидкой фазы с концентрацией углерода 4,3% при прохождении ниже линии ECF:

Ж4,3→А2,14 + Ц6,67

Структура ледебурита. Ц — цементит, А — аустенит.

Некоторые элементы диаграммы железо-углерод

Выделим несколько границ на диаграмме железо-углерод:

линия ACD. Линия ликвидус. При охлаждении сплавов ниже нее начинается их кристаллизация;
линия AECF. Линия солидус. При охлаждении сплавов ниже нее весь сплав переходит в твердое состояние;
линия ECF. Иногда называется линией ледебуритного превращения. При охлаждении сплавов с содержанием углерода выше 2,14% ниже нее жидкая фаза превращается в ледебурит;
линия PSK. Линия перлитного превращения. При охлаждении сплавов ниже нее аустенит превращается в перлит.

Отметим несколько важных точек на диаграмме:

точка E. Точка максимального насыщения аустенита углеродом – 2,14%, при температуре 1147°С;
точка P. Точка максимального насыщения феррита углеродом – 0,025%, при температуре 727°С;
точка S. Точка «0,8% С-727°С» превращения аустенита с концентрацией углерода 0,8% в перлит (эвтектоид) той же средней концентрации;
точка C. Точка «2,14 % С-1147°С» превращения жидкости с концентрацией углерода 2,14% в ледебурит (эвтектику) той же средней концентрации.

A2 – линия MO – точка Кюри, в которой происходит изменение магнитных свойств сплавов;
A3 – температуры, соответствующие линии GS;
Acm – температуры, соответствующие линии SE.

с – для температур фазовых переходов при нагреве;

например, Ac1 или Ar1.

Чтение диаграммы железо-углерод

Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (~1.5%).

Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (~3.5%).

в жидкой фазе и аустените в области AEC;
в жидкой фазе в области CDF (концентрация углерода в цементите, конечно, постоянна – 6,67%);
в аустените в области SEFK;
в феррите в области QPKL;
в феррите и аустените в области GPS.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Классификация железоуглеродистых сплавов в зависимости от концентрации углерода в сплаве:

Источник: http://kvadromash.ru/diagramma-zhelezo-uglerod/

Диаграмма состояния «железо — углерод»

Содержание

Компоненты в системе «железо-углерод»

Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит:

Железо

Полиморфные превращения происходят при температурах 911° С и 1392° С. При температуре ниже 911° С и выше 1392° С существует Feα (или α-Fе) с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392° С устойчивым является Feγ (или γ-Fе) с гранецентрированной кубической решеткой.

При превращении α→γ наблюдается уменьшение объема, так как решетка γ-Fе имеет более плотную упаковку атомов, чем решетка α-Fе. При охлаждении во время превращения γ→α наблюдается увеличение объема. В интервале температур 1392…1539° С высокотемпературное Feα называют Feδ.

Высокотемпературная модификация Feα не представляет собой новой аллотропической формы.

Углерод

Цементит

Кристаллическая решетка цементита ромбическая, удельный вес 7,82 г/см3 (очень близок к удельному весу железа). При высоких температурах цементит диссоциирует, поэтому температура его плавления неясна и проставляется ориентировочно – 1260° С. Аллотропических превращений не испытывает.

Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу. При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 210° С.

Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Фазы в системе «железо-углерод»

В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит, графит.

Жидкая фаза

Феррит

Аустенит в сталях

Аустенит имеет твердость 180 НВ, пластичен (относительное удлинение – δ=40…50 %), парамагнитен. При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования. Под микроскопом выглядит как светлые полиэдрические зерна с двойниками.

Цементит – формы существования

Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита).

Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Первая диаграмма (Fе — Fе3С) называется цементитной (метастабильная), вторая (Fе — С) — графитной (стабильная). Оба варианта диаграммы приводятся вместе в одной системе координат: температура — содержание углерода.

Диаграмма состояния системы железо — углерод построена по результатам многочисленных исследований, проведенных учеными ряда стран. Особое место среди них занимают работы Д.К. Чернова.

Он открыл существование критических точек в стали, определил их зависимость от содержания углерода, заложил основы для построения диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов в ее нижней, наиболее важной части.

Буквенное обозначение узловых точек в диаграмме является общепринятым как в России, так и за рубежом.

Диаграмма состояния железо-углерод

Имеющиеся во всех областях диаграммы фазы видны на рисунке. Значение всех линий указано в таблице.

В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс с (от слова chauffage – нагрев) при нагреве и индекс r (от слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.

Другие структурные составляющие в системе «железо-углерод»

Перлит

Перлит — эвтектоид, механическая смесь феррита и цементита, полученная в результате распада аустенита при охлаждении сплавов ниже 727° С.

При медленном охлаждении перлит присутствует во всех сплавах с концентрацией углерода от 0,02 до 6,67%. Под микроскопом перлит может выглядеть либо как пластины, либо как зерна — зернистый перлит.

Его вид, также как и механические свойства, зависит от скорости охлаждения сплава и вида его термической обработки

Ледебурит в сталях

Ледебурит — эвтектика, механическая смесь аустенита и цементита, выделяющаяся из жидкости при охлаждении сплавов ниже 1147° С.

Принципиальное отличие эвтектикой составляющей от эвтектоидной заключается в том, что первая выделяется из жидкости, а вторая из твердого раствора, в случае железоуглеродистых сплавов — из аустенита.

Название данная структурная составляющая получила в честь имени немецкого ученого-металлурга Ледебура.

Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо-углерод

Узловые критические точки диаграммы железо-углерод

Значение линий диаграммы состояния системы железо-углерод

Значения линий на диаграмме железо-углерод

Источник: https://HeatTreatment.ru/diagramma-sostoyaniya-zhelezo-uglerod

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Понятие о сплавах, компоненты и фазы. Диаграмма состояния.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов дает представление о строении основных конструкционных сплавов — сталей и чугунов.

Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом. Железо — пластичный металл серебристо-белого цвета с невысокой твердостью (НВ 80). Температура плавления — 1539 °С, плотность 7,83 г/см3. Имеет полиморфные модификации (см. раздел 2.1.). С углеродом железо образует химическое соединение и твердые растворы.

Цементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe3С. В нем содержится 6,67 % углерода (по массе). Имеет сложную ромбическую кристаллическую решетку. Характеризуется очень высокой твердостью (НВ 800), крайне низкой пластичностью и хрупкостью.

Ферритом называется твердый раствор углерода к α- железе. Содержание углерода в феррите очень невелико — максимальное 0,02% при температуре 727 °С.

Благодаря столь малому содержанию углерода свойства феррита совпадают со свойствами железа (низкая твердость и высокая пластичность). Твердый раствор углерода в высокотемпературной модификации Feα (т. е.

в Feδ) часто называют δ- ферритом или высокотемпературным ферритом.

Аустенит — это твердый раствор углерода в γ- железе. Максимальное содержание углерода в аустените составляет 2,14 % (при температуре 1147 °С). Имеет твердость НВ 220.

Перлит — это механическая смесь феррита с цементитом. Содержит 0,8% углерода, образуется из аустенита при температуре 727°С. Имеет пластинчатое строение, т.е. его зерна состоят из чередующихся пластинок феррита и цементита. Перлит является эвтектоидом. Эвтектоид— это механическая смесь двух фаз, образующаяся из твердого раствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).

Ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита с цементитом. Содержит 4,3 % углерода, образуется из жидкого сплава при температуре 1147 °С. При температуре 727 °С аустенит, входящий в состав ледебурита превращается в перлит и ниже этой температуры ледебурит представляет собой механическую смесь перлита с цементитом.

Фаза цементита имеет пять структурных форм: цементит первичный, образующийся из жидкого сплава; цементит вторичный, образующийся из аустенита; цементит третичный, образующийся из феррита; цементит ледебурита; цементит перлита.

Диаграмма Fе-Fе3С. На рис. 13 приведена диаграмма состояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67 %. Левая вертикальная ось соответствует 100 % содержанию железа.

На ней отложены температура плавления железа и температуры его полиморфных превращений. Правая вертикальная ось (6,67 % углерода) соответствует 100 % содержанию цементита.

Буквенное обозначение точек диаграммы принято согласно международному стандарту и изменению не подлежит.

Линия АВСД диаграммы является линией ликвидус. На ней начинается кристаллизация: на участке АВ — феррита, ВС — аустенита и СД — первичного цементита. Линия AHJECF является линией солидус диаграммы.

Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания углерода делятся на техническое железо (до 0,02 % С), сталь (от 0,02 до 2,14 % С) и чугун (от 2,14 до 6,67 % С).

Сталь, содержащая до 0,8 % С называется доэвтектоидной, 0,8 % С — эвтектоидной и свыше 0,8 % С — заэвтектоидной.

Чугун, содержащий от 2,14 до 4,3 % С называется доэвтектическнм, ровно 4,3% — эвтектическим и от 4,3 до 6,67 % С — заэвтектическим.

Структура технического железа представляет собой зерна феррита или феррит с небольшим количеством третичного цементита. Обязательной структурной составляющей стали является перлит. Структура доэвтектоидной стали, состоит из равномерно распределенных зерен феррита и перлита. Эвтектоидная сталь состоит только из перлита.

Структура заэвтектоидной стали представляет собой зерна перлита, окруженные сплошной или прерывистой сеткой вторичного цементита. Дня чугуна характерно наличие ледебурита в структуре.

Структура доэвтектического чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита, эвтектического — из ледебурита и заэвтектического — из ледебурита и первичного цементита.

Значение диаграммы железо — цементит состоит в том, что она позволяет объяснить зависимость структуры и, соответственно, свойств сталей и чугунов от содержания углерода и определить режимы термической обработки для изменения свойств сталей.

Стали

Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором углерода содержится не более 2,14%. Это теоретическое определение. На практике в сталях, как правило, не содержится углерода более 1,5 %.

Влияние углерода и примесей на свойства стали. Углерод существенно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. В стали имеются две фазы — феррит и цементит (частично в виде перлита).

Количество цементита возрастает прямо пропорционально содержанию углерода.Как уже говорилось, феррит характеризуется высокой пластичностью и низкой твердостью, а цементит, напротив, очень низкой пластичностью и высокой твердостью.

Поэтому с повышением содержания углерода до 1,2 % снижаются пластичность и вязкость стали и повышаются твердость и прочность.

Повышение содержания углерода влияет и на технологические свойства стали. Ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием ухудшаются, по литейные свойства улучшаются.

Кроме железа и углерода в стали всегда присутствуют постоянные примеси. Наличие примесей объясняется технологическими особенностями производства стали (марганец, кремний) и невозможностью полного удаления примесей, попавших в сталь из железной руды (сера, фосфор, кислород, водород, азот). Возможны также случайные примеси (хром, никель, медь и др.).

Марганец и кремний вводят в любую сталь для раскисления, т.е. для удаления вредных примесей оксида железа FеО. Марганец также устраняет вредные сернистые соединения железа. При этом содержание марганца обычно не превышает 0,8 %, а кремния — 0,4 %. Марганец повышает прочность, а кремний упругость стали.

Фосфор растворяется в феррите, сильно искажает кристаллическую решетку, снижая при этом пластичность и вязкость, но повышая прочность.

Вредное влияние фосфора заключается в том, что он сильно повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние, т.е. вызывает ее хладноломкость.

Вредность фосфора усугубляется тем, что он может распределяться в стали неравномерно. Поэтому содержания фосфора в стали ограничивается величиной 0,045 %.

Сера также является вредной примесью. Она нерастворима в железе и образует с ним сульфид железа FeS, который образует с железом легкоплавкую эвтектику. Эвтектика располагается по границам зерен и делает сталь хрупкой при высоких температурах. Это явление называется красноломкостью. Количество серы в стали ограничивается 0,05 %.

Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах. Они являются вредными примесями, ухудшающими свойства стали.

Классификация сталей. По химическому составу стали могут быть углеродистыми, содержащими железо, углерод и примеси и легированными, содержащими дополнительно легирующие элементы, введенные в сталь с целью изменения ее свойств.

По содержанию углерода стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,25 … 0,7 % С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С).

По назначению различают стали конструкционные, идущие на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений, инструментальные, идущие на изготовление различного инструмента, а также стали специального назначения с особыми свойствами: нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, с особыми электрическими и магнитными свойствами и др..

По показателям качества стали классифицируются на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Качество стали характеризуется совокупностью свойств, определяемых процессом производства, химическим составом, содержанием газов и вредных примесей (серы и фосфора).

В соответствии с ГОСТом стали обыкновенного качества должны содержать не более 0,045 % Р и 0,05 % S, качественные — не более 0,035 % Р и 0,04 % S, высококачественные — не более 0,025 % Р и 0,025 % S и особо высококачественные — не более 0,025 % Р и 0,015 % S.

Углеродистые конструкционные стали могут быть только обыкновенного качества и качественными.

Качественные конструкционные углеродистые стати маркируются цифрами 08, 10, 15, 20, 25, …, 85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Эти стали отличаются от сталей обыкновенного качества большей прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Если для сталей обыкновенного качества максимальная прочность составляет 700 МПа, то для качественной она достигает 1100 МПа.

Более подробно они будут рассмотрены совместно с конструкционными легированными сталями (см. раздел 5.1.).

Чугуны

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67 % углерода. Но это теоретическое определение. На практике содержание углерода в чугунах находится в пределах 2,5…4,5 %. В качестве примесей чугун содержит Si, Мn, S и Р.

Классификация чугунов. В зависимости от того, в какой форме содержится углерод в чугунах, различают следующие их виды. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Структура белого чугуна соответствует диаграмме Fе-Fе3С.

В сером чугуне большая часть углерода находится в виде графита, включения которого имеют пластинчатую форму. В высокопрочном чугуне графитные включения имеют шаровидную форму, а в ковком — хлопьевидную.

Содержание углерода в виде цементита в сером, высокопрочном и ковком чугунах может составлять не более 0,8%.

Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не используется и применяется как предельный чугун, т.е. идет на производство стали.

Для деталей с высокой износостойкостью используется чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого чугуна. Машиностроительными чугунами, идущими на изготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны.

Детали из них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостойкость, гасят колебания и вибрации. Но графитные включения уменьшают прочность.

Таким образом, структура машиностроительных чугунов состоит из металлической основы и графитных включений.

По металлической основе они классифицируются на ферритный чугун (весь углерод содержится в виде графита), феррито-перлитный и перлитный (содержит 0,8% углерода в виде цементита).

Характер металлической основы влияет на механические свойства чугунов: прочность и твердость выше у перлитных, а пластичность — у ферритных.

Серый чугун имеет пластинчатые графитные включения. Структура серого чугуна схематически изображена на рис. 14,а. Получают серый чугун путем первичной кристаллизации из жидкого сплава.

На графитизацию (процесс выделения графита) влияют скорость охлаждения и химический состав чугуна. При быстром охлаждении графитизации не происходит и получается белый чугун. По мере уменьшения скорости охлаждения получаются, соответственно, перлитный, феррито-перлитный и ферритный серые чугуны. Способствуют графитизации углерод и кремний.

Кремния содержится в чугуне от 0,5 до 5 %. Иногда его вводят специально. Марганец и сера препятствуют графитизации. Кроме того, сера ухудшает механические и литейные свойства. Фосфор не влияет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.

Механические свойства серого чугуна зависят от количества и размера графитных включений. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитные включения можно считать нарушениями сплошности, ослабляющими металлическую основу.

Так как пластинчатые включения наиболее сильно ослабляют металлическую основу, серый чугун имеет наиболее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности среди всех машиностроительных чугунов. Уменьшение размера графитных включений улучшает механические свойства.

Измельчению графитных включений способствует кремний.

Маркируется серый чугун буквами СЧ и числом, показывающем предел прочности в десятых долях мегапаскаля. Так, чугун СЧ 35 имеет σв=350 МПа. Имеются следующие марки серых чугунов: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20. …, СЧ 45.

Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Структура высокопрочного чугуна изображена на рис. 14,б.

Получают высокопрочный чугун добавкой в жидкий чугун небольшого количества щелочных или щелочноземельных металлов, которые округляют графитные включения в чугуне, что объясняется увеличением поверхностного натяжения графита.

Чаще всего для этой цели применяют магний в количестве 0,03…0,07 %. По содержанию других элементов высокопрочный чугун не отличается от серого.

Шаровидные графитные включения в наименьшей степени ослабляют металлическую основу. Именно поэтому высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства, чем серый. При этом он сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации и т. д.

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности и десятых долях мегапаскаля. Например, чугун ВЧ 60 имеет σв = 600 МПа. Существуют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Применяются высокопрочные чугуны для изготовления ответственных деталей — зубчатых колес, валов и др.

Ковкий чугун имеет хлопьевидные графитные включения (рис. 14, в). Его получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига, который заключается в длительной (до 2 суток) выдержке при температуре 950…970 °С.

Если после этого чугун охладить, то получается ковкий перлитный чугун, металлическая основа которого состоит из перлита и небольшого количества (до 20 %) феррита. Такой чугун называют также светлосердечным.

Если в области эвтектоидного превращения (720…760 °С) проводить очень медленное охлаждение или даже дать выдержку, то получится ковкий ферритный чугун, металлическая основа которого состоит из феррита и очень небольшого количества перлита (до 10 %). Этот чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и двумя числами, показывающими предел прочности в десятых долях мегапаскаля и относительное удлинение в %. Так, чугун КЧ 45-7 имеет σв = 450 МПа и δ= 7%.

Ферритные ковкие чугуны (КЧ 33-8, КЧ 37-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные (КЧ 50-4, КЧ 60-3) более высокую прочность.

Применяют ковкий чугун для деталей небольшого сечения, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Источник: https://megaobuchalka.ru/9/7197.html

Диаграмма состояния сплавов железо — углерод

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит) – это графическое отображение структуры сплавов, состоящих только из железа и углерода, в зависимости от исходной средней концентрации углерода и текущей температуры сплава. Диаграмма железо-углерод позволяет понять процессы, происходящие при термообработке стали.

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит). Упрощенная

линия ACD. Линия ликвидус. При охлаждении сплавов ниже нее начинается их кристаллизация;

линия AECF. Линия солидус. При охлаждении сплавов ниже нее весь сплав переходит в твердое состояние;

линия ECF. Иногда называется линией ледебуритного превращения. При охлаждении сплавов с содержанием углерода выше 2,14% ниже нее жидкая фаза превращается в ледебурит;

линия PSK. Линия перлитного превращения. При охлаждении сплавов ниже нее аустенит превращается в перлит.

Отметим несколько важных точек на диаграмме:
точка E. Точка максимального насыщения аустенита углеродом – 2,14%, при температуре 1147°С;
точка P. Точка максимального насыщения феррита углеродом – 0,025%, при температуре 727°С;
точка S. Точка «0,8% С-727°С» превращения аустенита с концентрацией углерода 0,8% в перлит (эвтектоид) той же средней концентрации;

точка C. Точка «2,14 % С-1147°С» превращения жидкости с концентрацией углерода 2,14% в ледебурит (эвтектику) той же средней концентрации.

Чтение диаграммы железо-углерод

Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (~1.5%).

Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (~3.5%).

Именно таким образом мы можем определить концентрацию углерода в фазах любого сплава при заданной температуре:
в жидкой фазе и аустените в области AEC;
в жидкой фазе в области CDF (концентрация углерода в цементите, конечно, постоянна – 6,67%);
в аустените в области SEFK;
в феррите в области QPKL;
в феррите и аустените в области GPS.

20. Кривая охлаждения сплава, содержащего 0,45% С.

В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода(линия ES).

По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит.

Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).

Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

Сплав железа с углеродом, содержащий 0,45%С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – феррит + перлит.

21. Кривая охлаждения сплава, содержащего 0,8% С.

ервичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).

При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор).

Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора.

На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.

При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным.

B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67].

Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.

Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.

Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.

Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.

Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.

В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8% образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67].

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.

По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит.

C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

Сплав железа с углеродом, содержащий 0,8% С, называется эвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – Перлит.

Классификация сталей

Классификация сталей и сплавов производится по химическому составу, по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей), по степени раскисления и характеру затвердевания .металла в изложнице, а также по назначению.

По химическому составу углеродистые стали различают в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

• малоуглеродистые — менее 0,3% С;

• среднеуглеродистые — 0,3…0,7% С;

• высокоуглеродистые — более 0,7 %С.
В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:
• низколегированные — менее 2,5%;

• среднелегированные — 2,5… 10%;

• высоколегированные — более 10%.
Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:
в отожженном состоянии — доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледвбуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;

в нормализованном состоянии — перлитный, мартенситный и аустенитный. К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному — с более высоким и к аустенитному — с высоким содержанием легирующих элементов.

По качеству, то есть по условиям производства (способу производства и содержанию вредных примесей), стали и сплавы делятся на следующие группы:
сера,% фосфор,%
• обыкновенного качества (рядовые) менее 0,06 менее 0,07;
• качественные менее 0,04 менее 0,035;
• высококачественные менее 0,025 менее 0,025;
• особо высококачественные менее 0,015 менее 0,025.

Стали обыкновенного качества по химическому составу — углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах.

Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов, так как отличаются повышенными ликвацией (химической и структурной неоднородностью) и количеством неметаллических включений.

Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные. Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки.

Стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные — в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств.

По назначению стали и сплавы классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

Источник: https://studopedia.net/3_27456_diagramma-sostoyaniya-splavov-zhelezo—uglerod.html

Источник