Железо как конструкционный материал

Лекция 6. Железо и его сплавы

Сплавы на основе железа (стали и чугуны) в настоящее время являются основными конструкционными материалами, обеспечивая высокий уровень механических и технологических свойств наряду с относительно низкой стоимостью.

Технически чистым считается железо, содержащее и примесей (железо Армко). Железо имеет несколько полиморфных превращений:

Технически чистое железо – мягкий и малопрочный материал, который не применяется в качестве конструкционного. В то же время сплавы железа с углеродом по сравнению с технически чистым железом имеют повышенные прочностные, эксплуатационные и некоторые технологические свойства.

6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит и графит.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в . Он имеет решетку ОЦК; низкая растворимость углерода в () обусловлена малыми размерами пор в ОЦК – решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена располагаться на дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит – мягкая, пластичная фаза с твердостью .

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в . Он имеет ГЦК – решетку, межатомные размеры которой почти в два раза больше, чем в ОЦК, поэтому растворимость углерода в достаточно велика и составляет . Аустенит пластичен, но более прочен, чем феррит ().

Цементит – химическое соединение железа с углеродом . Он содержит углерода и имеет сложную ромбическую решетку. Цементит тверд () и хрупок. При высоких температурах цементит разлагается на графит и аустенит.

Графит – углерод в свободном состоянии. Он имеет гексагональную решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен и мягок ().

В системе «железо - цементит» происходят три изотермических превращения:

· перитектическое ();

· эвтектическое (), в результате которого образуется эвтектика – ледебурит (Аустенит(Перлит) + Цементит). Эта фаза содержит , имеет большую твердость () и хрупкость.

· эвтектоидное (), которое приводит к образованию эвтектики - перлита (Феррит + Цементит) с содержанием углерода . Перлит имеет среднюю твердость () и пластичность.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода меньше 2,14% называются сталями, сплавы с большим содержанием углерода – чугунами.

Легирующими называются элементы (), специально вводимые в сталь или чугун для улучшения свойств и структуры. Соответственно, различают стали углеродистые и легированные.

По структуре, формирующейся в условиях равновесия, легированные стали делят на 6 классов: перлитный, аустенитный, ферритный, полуферритный, полуаустенитный и ледебуритный.

Ледебуритные стали содержат эвтектику, одной из составляющих которой являются карбиды. Такие стали содержат повышенное количество карбидообразователей () и углерода.

Легированные стали ферритного класса образуются при относительно низком содержании углерода и большом содержании таких легирующих элементов, как , ограничивающих область существования аустенита и расширяющих область существования феррита. Их структура - легированный феррит.

Аустенитные стали получают при высоком содержании в них никеля, марганца, а также азота. Структура этих сталей часто состоит из смеси феррита и аустенита, и, в зависимости от преобладающей фазы их относят к феррито – аустенитным или к аустенито – ферритным.

Дата добавления: 2014-01-05