Сплавы железа с углеродом

Согласно диаграмме состояния железо — цементит в результате первичной кристаллизации у сплавов, содер­жащих менее 2,14 % углерода, получается структура аус­тенита, а у сплавов, содержащих более 2,14 % углерода, структура состоит из ледебурита с избыточным аустенитом или цементитом.

Это различие в структуре при высоких температурах создает существенное различие в технологических и механических свойствах сплавов. Присутствие эвтек­тики в высокоуглеродистых сплавах делает их нековкими, но позволяет применять в качестве литейных материа­лов, так как эти сплавы имеют низкую температуру плавления.

Низкоуглеродистые сплавы не содержат хрупкой структурной составляющей — ледебурита после затвер­девания и при высоком нагреве обладают высокой пластич­ностью. Поэтому они легко деформируются при нормаль­ных и повышенных температурах.

Сплавы, содержащие до 2,14 % углерода, называют сталями.

Различают три группы сталей:

— эвтектоидные, содержащие около 0,8 % углерода,
структура которых состоит из перлита;

— доэвтектоидные, содержащие углерода меньше
0,8 %, структура которых состоит из феррита и
перлита;

— заэвтектоидные, содержащие углерода от 0,8 до
2,14 %, структура которых состоит из перлита и
цементита.

Сплавы, содержащие более 2,14 % углерода, называ­ют чугунами:

Зависимость свойств железоуглеродистых сплавов от содержания углерода и постоянных примесей

Промышленные стали и чугуны — это многокомпонен­тные сплавы, в состав которых помимо железа и углерода входят так называемые постоянные примеси. Постоянны­ми примесями являются марганец, кремний, наличие ко­торых обусловлено технологическими особенностями про­изводства; фосфор и сера, а также газы — кислород, азот, водород, которые невозможно полностью удалить из ме­талла. Содержание углерода и примесей оказывает влия­ние на свойства железоуглеродистых сплавов.

Углерод оказывает большое влияние на механические свойства сталей. Чем выше содержание углерода в ста­ли, тем больше в ее структуре содержится цементита. Так как цементит обладает высокой твердостью и хрупкостью, увеличение его количества приводит к повыше­нию прочности и твердости стали, к уменьшению ее пластичности и вязкости. С увеличением содержания углерода в стали снижаются плотность, электропровод­ность, теплопроводность, магнитная проницаемость, растет электросопротивление,

Кремний и марганец считают полезными примесями. При выплавке стали их добавляют для раскисления. Соединяясь с кислородом закиси железа FeO, они в виде окислов переходят в шлак. В результате раскисле­ния свойства стали улучшаются.

Кремний, оставшийся в стали после раскисления, повышает предел текучести, что снижает ее способность к холодной обработке давлением. Поэтому в сталях для штамповки содержание кремния должно быть снижено.

Марганец заметно повышает прочность стали, не снижая ее пластичности, резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость), удаляя серу из расплава.

Фосфор и сера являются вредными примесями. Фос­фор уменьшает пластичность и вязкость стали, увели­чивает ее склонность к образованию трещин при низ­ких температурах (хладноломкость). Сера снижает ударную вязкость, пластичность, предел выносливости, свариваемость и коррозионную стойкость сталей. Сера вызывает охрупчивание стали при высоких температурах. Содержание серы и фосфора в стали строго огра­ничивается.

Кислород, азот и водород отрицательно влияют на свойства сталей.

В машиностроительных чугунах углерод присутству­ет в виде графита. Графит обладает очень низкими ме­ханическими свойствами. Поэтому чем больше графи­та присутствует в структуре чугуна и чем грубее его включения, тем хуже свойства чугуна. Но он способству­ет повышению обрабатываемости

чугунов резанием, придает

им антифрикционные свойства при трении и гасит влияние вибраций и ударов.

Кремний существенно влияет на структуру чугуна, усиливая его графитизацию. Марганец повышает меха­нические свойства чугуна и препятствует их графитизации. Фосфор повышает износостойкость, но охрупчи-вает чугуны. Сера свойства чугуна ухудшает.

Дата добавления: 2014-01-07