Матеріалознавство

Отже, структура повільно охолоджених заевтектоїдних сталей складається також із двох структурних складових (рис. 14, г) цементиту у вигляді світлої сітки і перліту. З підвищенням вмісту вуглецю кількість цементиту (товщина

сітки) в заевтектоїдних сталях збільшується.

 

11. 4. Структура чавунів.

Кристалізація чавунів закінчується при температурі 1147°С утворенням евтектики. Тому лінію ЕСF називають лінією евтектичного перетворення.

Структура чавуну з 4,3 % вуглецю відразу після затвердіння (точка С)

складається з однорідної аустенітно цементитної евтектичної суміші ледебуриту. При подальшому охолодженні з аустеніту (як в заевтектоїдній сталі) виділяється цементит. Через це аустеніт збіднюється вуглецем і, досягнувши при температурі 727 °С евтектоїдної концентрації, розпадається з утворенням перліту. Тому ледебурит при нормальній температурі складається з перліту і цементиту (рис. 15, а). Чавун із такою структурою називають евтектичним, а точку С евтектичною точкою. Відповідно до цього чавуни, що містяться ліворуч від точки С, називають доевтектичними, а праворуч заевтектичними.

Доевтектичні чавуни починають тверднути на лінії АС випаданням кристалів аустеніту. Тому в міру зниження температури рідка частина сплаву збагачується вуглецем і при 1147 °С, досягнувши евтектичної концентрації, тобто 4,3 %, твердне з утворенням евтектики (ледебуриту). При подальшому охолодженні первинний аустеніт і аустеніт ледебуриту при температурі 727 °С перетворюються на перліт. Тому доевтектичні чавуни при нормальній температурі складаються з перліту і ледебуриту (рис.15,   б). У заевтектичних чавунах твердіння починається виділенням кристалів цементиту, який при охолодженні не зазнає ніяких перетворень. Тому після затвердіння ці чавуни складаються з кристалів цементиту і ледебуриту (рис. 15, в).

 

 

 

 

 

 

 

абв

Рис. 15 – Схеми мікроструктур білих чавунів

 

У розглянутих чавунах увесь вуглець перебуває в зв'язаному стані у вигляді карбіду заліза Fе3С. Такі чавуни на зламі мають білий відтінок, тому їх називають білими. Через високу твердість і збільшену крихкість, зумовлену великою кількістю цементиту в них, білі чавуни важко обробляти тому в практиці їх застосування обмежене, їх використовують в металургії сталі.

За деяких умов, які визначаються швидкістю охолодження, хімічним складом або термічною обробкою, карбід заліза в чавуні може розпадатися з утворенням графіту. Чавуни, у яких частина вуглецю перебуває у вільному стані у вигляді графіту називають половинчастими. Структури цих чавунів діаграма стану не відбиває.

 

 

 

Лекція 10

 

12.  Сталі.

 

Сталлю називають сплав заліза з вуглецем, постійними домішками та іншими компонентами. Вміст вуглецю в сталях не перебільшує 2, 14%.

 

12.1. Вплив вуглецю та домішок на властивості сталі та чавуну.

Вуглець визначає кількість цементиту, що саме в основному впливає на зміну вмісту основних структурних складових фериту і цементиту. При збільшенні вуглецю до 1,2% зростають міцність, твердість, поріг холодноламкості, границя текучості, електроопір та коерцитивна сила. При цьому знижується щільність, теплопровідність, в’язкість, пластичність. Подальше зростання вмісту вуглецю значно збільшує крихкість сплаву.  Ці зміни властивостей призводять до погіршення ряду технологічних властивостей, а саме деформує мості, зварюваності та прогартованості тощо.

Постійні домішки є обов’язковими компонентами сталі та сплавів, які входять до хімічного складу під час виплавляння. До постійних домішок в сталях та чавунах відносять марганець, кремній, сірку, фосфор, а також кисень, водень і азот. Ці домішки можуть перебувати в вигляді твердих чи газових фаз.

Марганець вводять для розкислення (видалення надлишків кисню) та усунення шкідливого впливу сірки. Як домішки вміст Мn не перебільшує

0,8%. Він розчиняється в фериті (Feα) і помітно підвищує міцність не знижуючи пластичності, однак збільшує крихкість при високих температурах.

Кремній теж  додають  у сплав  при виплавці для розкислення.  Його вміст не перебільшує 0,4%. Кремній збільшує границю текучості, що зашкоджує холодному пластичному деформуванню.

Сірка  є  шкідливою  домішкою,  вона  практично  не  розчинюється  в

сплаві, залишаючись у виді крихких сульфідів FeS,  MnS по границям зерен. Це суттєво знижує механічні і фізико-хімічні властивості, а саме пластичність, ударну в’язкість, опір стиранню, корозійну стійкість. Збільшення сірки

 

спричиняє красноламкість, зварюваність тощо. Тому вміст сірки суворо обмежується і не перебільшує 0,06%.

Фосфор теж є шкідливою домішкою. Розчинюючись в сплаві він сильно викривляє кристалічні  ґратки і кристалічну ліквацію, визиває зростання зерен і металі. Це суттєво збільшує крихкість, холодноламкість і знижує пластичність і в’язкість. Кількість фосфору не перебільшує 0,07%.

Кисень  та азот розчиняються в  незначній кількості  і  забруднюють сплав неметалевими включеннями (оксидами, нітридами, газовою фазою). Вони визивають анізотропію механічних властивостей, збільшуючи крихкість, ламкість, знижуючи пластичність, в’язкість, корозійну стійкість. В деяких сталях збільшена кількість азоту визиває деформаційне старіння, зміцнюючи їх.

Водень  робить сплав значно крихкішим і утворює флокени (дуже тонкі тріщини), які ініціюють процес руйнування. Такий сплав використовувати не можна.

 

12.2. Вплив легуючих елементів на властивості сталей і сплавів.

Легуючі елементи – це спеціальні, штучно введені добавки, які змінюють властивості сплаву в потрібному напрямку.  Легування сталей використовують для покращення їх механічних та технологічних властивостей.

Вплив легуючих елементів на властивості  сталі наведено в таблиці 2.

Таблиця 2.