Содержание углерода в цементите: Цементит — Cementite — qaz.wiki

Цементит — Cementite — qaz.wiki

Цементит (или карбид железа ) представляет собой соединение из железа и углерода , более точно промежуточного переходного металла карбида с формулой Fe ₃ C. по весу, это 6,67% углерода и 93,3% железа. Он имеет ромбическую кристаллическую структуру. Это твердый, хрупкий материал, обычно классифицируемый как керамика в чистом виде, который часто встречается и является важным компонентом в черной металлургии . Хотя цементит присутствует в большинстве сталей и чугунов, он производится в качестве сырья в процессе карбида железа, который принадлежит к семейству альтернативных технологий производства чугуна. Название « цементит» возникло в результате исследований Флориса Осмонда и Дж. Верта, где структура затвердевшей стали теоретически представляет собой своего рода клеточную ткань с ферритом в качестве ядра и Fe ₃ C в качестве оболочки клеток. Таким образом, карбид скрепил железо.

Металлургия

Орторомбический Fe ₃ C. Атомы железа голубые. Фазовая диаграмма железо-углерод

В системе железо-углерод (например, углеродистые стали и чугуны ) он является обычным компонентом, поскольку феррит может содержать не более 0,02 мас.% Несвязанного углерода. Следовательно, в углеродистых сталях и чугунах, которые медленно охлаждаются, часть углерода находится в форме цементита. Цементит образуется непосредственно из расплава в случае белого чугуна . В углеродистой стали цементит выделяется из аустенита, когда аустенит превращается в феррит при медленном охлаждении, или из мартенсита во время отпуска . Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образует пластинчатую структуру, называемую перлитом .

Хотя цементит термодинамически нестабилен и в конечном итоге превращается в аустенит (низкий уровень углерода) и графит (высокий уровень углерода) при более высоких температурах, он не разлагается при нагревании при температурах ниже температуры эвтектоида (723 ° C) на метастабильном железоуглеродистом состоянии. фазовая диаграмма.

Чистая форма

Цементит превращается из ферромагнитного в парамагнитный при температуре Кюри примерно 480 К.

Зависимость мольного объема цементита от давления при комнатной температуре.

Природный карбид железа (содержащий незначительное количество никеля и кобальта) встречается в железных метеоритах и называется когенитом в честь немецкого минералога Эмиля Коэна , который первым его описал. Поскольку углерод является одним из возможных второстепенных компонентов легких сплавов металлических ядер планет, свойства цементита (Fe ₃ C) как простого заменителя когенита при высоких давлениях и температурах изучаются экспериментально. На рисунке показано поведение при сжатии при комнатной температуре.

Прочие карбиды железа

Существуют и другие формы метастабильных карбидов железа, которые были обнаружены в закаленной стали и в промышленном процессе Фишера-Тропша . К ним относятся

карбид эпсилон (ε) , гексагональный плотноупакованный Fe _2-3 C, выделения в углеродистых сталях с содержанием углерода> 0,2%, отпущенные при 100–200 ° C. Нестехиометрический ε-карбид растворяется при температуре выше ~ 200 ° C, где начинают образовываться карбиды Хегга и цементит. Карбид Хегга , моноклинный Fe ₅ C ₂ , выделяется в закаленных инструментальных сталях, отпущенных при 200–300 ° C. Он также был естественным образом обнаружен в виде минерала Эдскоттит в метеорите Веддерберн. Определение характеристик различных карбидов железа вовсе не является тривиальной задачей, и часто дифракция рентгеновских лучей дополняется мессбауэровской спектроскопией .

Ссылки

Библиография

внешние ссылки

• Кристаллическая структура цементита на НРЛ
• Хальштедт, Бенгт; Джурович, Деян; фон Аппен, Йорг; Дронсковски, Ричард; Дик, Алексей; Кёрманн, Фриц; Хикель, Тилманн; Нойгебауэр, Йорг (март 2010 г.). «Термодинамические свойства цементита (Fe ₃ C)». Calphad . 34 (1): 129–133. DOI : 10.1016 / j.calphad.2010.01.004 .
• Le Caer, G . ; Дюбуа, JM; Pijolat, M .; Perrichon, V .; Бюссьер, П. (ноябрь 1982 г.). «Характеристика с помощью мессбауэровской спектроскопии карбидов железа, образованных синтезом Фишера-Тропша». Журнал физической химии . 86 (24): 4799–4808. DOI : 10.1021 / j100221a030 .
• Bauer-Grosse, E .; Frantz, C .; Le Caer, G .; Хейман, Н. (июнь 1981 г.). «Образование метастабильных карбидов типа Fe ₇ C ₃ и Fe ₅ C ₂ во время кристаллизации аморфного сплава Fe ₇₅ C ₂₅ ». Журнал некристаллических твердых тел . 44 (2–3): 277–286. DOI : 10.1016 / 0022-3093 (81) 90030-2 .

<img src=»https://en.wikipedia.org//en.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Опыт №2. Определение доли углерода в стали и марки стали по ее структуре.

Поскольку плотности структурных составляющих сталей близки, то соотношение их массовых долей можно заменить соотношением занимаемых ими площадей.

Доэвтектоидные стали, содержат от 0,15 до 0,8% углерода. Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а перлита увеличивается.
Количество феррита и перлита можно определить по диаграмме пользуясь правилом отрезков, так как отрезки, соответствующие отдельным структурным составляющим, пропорциональны площадям этих составляющих на микрошлифе. Если сталь имеет состав 0,8% углерода, то структура – один перлит, так как 100% площади занято перлитом. Если часть площади занята ферритом (например, 40%), то можно составить пропорцию для определения процента содержания углерода:

100% пл. – 0,8%С Х= 40% пл. – Х% С

Согласно количеству углерода определяется марка стали. Структуры доэвтектоидных сталей показаны на рис.4.:

В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:

(1)

где F_n – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %;
0,8 – % С в перлите.

Рассчитав массовую долю углерода заданной доэвтектоидной стали по формуле (1), можно по табл.1 определить марку этой стали.

Стали, содержащие от 0,8 до 2% углерода, называются заэвтектоидными. Структура заэвтектоидной стали при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, который может располагаться в виде светлых зерен или светлой сетки, расположенной по границам зерен или в виде игл (рис.5.). Вторичный цементит в заэвтектоидной стали, занимает незначительную по величине площадь, и определить ее на глаз затруднительно, поэтому методом, которым определяют содержание углерода в доэвтектоидных сталях, не пользуются. Однако приблизительно содержание углерода в заэвтектоидных сталях определить можно. Например, пусть поля шлифа содержит 90% перлита и 10% вторичного цементита. Зная, что углерод находится как в перлите, так и цементите, составим уравнение для перлита:

100% п – 0,8% С Х1=0,72% С 90% п – Х1 для цементита: 100% ц – 6,67%

Таблица 1.

Аустенит ( A ) – твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе.

Феррит ( Ф ) – твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe₃C).

Ледебурит

(Л) — эвтектическая смесь аустенита и цементита .

Перлит(П) — эвтектоидная смесь феррита и цементита .

Задание:

Определить содержание углерода расчетным путем в доэвтектоидной, заэвтектоидной стали при определенном содержании перлита и цементита вторичного и показать на диаграмме.

I вариант:

1) F_n1 = 15%; С=?

2) Поле шлифа в заэвтектоидной стали содержит 85% перлита, 15% цементита вторичного:

Уравнение для перлита: Уравнение для цементита:

100%п -0.8%С 100%ц -6,67%С

85%п – х₁ 15%ц –х₂

Х_общ

. = х₁+х₂

II-вариант

1) F_n2 = 30%; С=?

2)Поле шлифа в заэвтектоидной стали содержит 89% перлита, 11% цементита вторичного:

Уравнение для перлита: Уравнение для цементита:

 

100%п -0.8%С 100%ц -6,67%С

89%п – х₁ 11%ц –х₂

Х_общ.= х₁+х₂

Содержание отчета:

1. Название работы.
2. Цель работы.

3. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

3. Участок диаграммы состояния Fe – Fe₃C для сталей, с содержанием углерода до 2,14%.
5. Рисунок микроструктуры стали.

6. Вывод.

 

Контрольные вопросы:

8. Содержание углерода в доэвтектоидной стали?

9. Содержание углерода в заэвтектоидной стали?

10. Что такое отжиг?

11. Что такое закалка?

12. При закалке меняется ли структура стали?

13. Что такое нормализация и чем она отличается от отжига?

 

Литература:

1. Дальский А.М., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов. – Машиностроение.1992г.
2. Никифоров В Н. Технология металлов. – Машиностроение, 1982г.

 

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Какие свойства характерны для цементита

Цементит
—
это химическое соединение углерода с
железом (карбид железа) Fe3C.
Так как растворимость углерода в α-железе
мала, то при нормальных температурах в
большинстве случаев в структуру стали
входят
высокоуглеродистые
фазы в виде цементита или другого
карбида.

Температура
плавления цементита — около 1250 °С.
Аллотропических превращений цементит
не испытывает, но при низких температурах
он слабо ферромагнитен. Магнитные
свойства цементит теряет при 217 °С.
Цементит имеет высокую твердость >
НВ800,
легко царапает стекло), но чрезвычайно
низкую, практически нулевую, пластичность.

Цементит — соединение
неустойчивое и при определенных условиях
распадается с образованием свободного
углерода в виде графита. Этот процесс
имеет важное практическое значение для
высокоуглеродистых сплавов – чугунов.

Диаграмма состояния

Линия
ABCD
является ликвидусом системы, линия
AHJECF
—
солидусом.

Так как железо,
кроме того, что образует с углеродом
химическое соединение Fe3C,
имеет две аллотропические формы α и γ,
то в системе существуют следующие фазы:

жидкость
(жидкий раствор углерода в железе),
существующая выше линии ликвидус,
обозначаемая везде буквой L;

цементит
Fe3C
—
линия DFKL,
обозначаемая в дальнейшем химической
формулой или буквой Ц;

феррит
— структурная составляющая, представляющая
собой α-железо,
которое в незначительном количестве
растворяет углерод; обозначается буквой
Ф, α
или α-Fe.
Область феррита в системе
железо
— углерод расположена левее линии GPQ
и AHN;

аустенит
— структура, представляющая собой твердый
раствор углерода в γ-железе. Область
аустенита на диаграмме — NJESG.
Обозначается аустенит А,
или γ-Fe.

Три
горизонтальные линии на диаграмме (HJB,
ECF
и PSK)
указывают на протекание трех нонвариантных
реакций.

При
1499 °С (линия HJB)
протекает перитектическая реакция:

В
результате перитектической реакции
образуется аустенит. Реакция эта
наблюдается только у сплавов, содержащих
углерода от 0,1 до 0,5%. При 1147 °С (горизонталь
ECF)
протекает
эвтектическая реакция:

В
результате этой реакции образуется
эвтектическая смесь. Эвтектическая
смесь аустенита и цементита называется
ледебуритом
(немецкий ученый Ледебур)

Реакция
эта происходит у всех сплавов системы,
содержащих углерода более 2,14 %.

При
727 °С (горизонталь PSK)
протекает эвтектоидная реакция

Продуктом
превращения является эктектоидная
смесь. Эвтектоидная смесь феррита и
цементита называется перлитом,
имеет
вид перламутра, почему эта структура и
получила такое название.

У
всех сплавов, содержащих свыше 0,02 %
углерода, т. е. практически у всех
промышленных железоуглеродистых
сплавов, происходит перлитное
(эвтектоидное) превращение.

Различают
три группы сталей: эвтектоидные,
содержащие около 0,8%С, структура которых
состоит только из перлита; доэвтектоидные,
содержащие меньше 0,8 % С. структура
котопых состоит из феррита и перлита,
и заэвтектоидные,
содержащие от
0,8
до 2,14 %С, структура которых состоит из
перлита и цементита.

Термическая обработка Общие положения термической обработки

Термическая
обработка состоит в том, чтобы нагревом
до определенной температуры и последующим
охлаждением вызвать желаемое изменение
структуры металла.

Основные факторы
воздействия при термической обработке
— температура и время, поэтому режим
любой термической обработки можно
представить графиком в координатах t
(температура)— 
(время).

Режим термической
обработки характеризуют следующие
основные параметры:

— температура
нагрева tmax,
т.е. максимальная температура, до которой
был нагрет сплав при термической
обработке;

— время выдержки
сплава при температуре нагрева в,;

— скорость нагрева
Vнагр;

— скорость
охлаждения Vохл.

Если нагрев (или
охлаждение) происходит с постоянной
скоростью, то это в координатах температура
— время
характеризуется прямой линией с
определенным, постоянным углом наклона.

Термическая
обработка может быть сложной, состоящей
из многочисленных нагревов, прерывистого
или ступенчатого нагрева (охлаждения),
охлаждения в область отрицательных
температур и т. д. Такая термическая
обработка может быть изображена в
координатах
температура — время.

Графиком
температура — время может быть
охарактеризован любой процесс термической
обработки.

Цементит в чугуне — Энциклопедия по машиностроению XXL

Влияние хрома. Хром стабилизирует цементит в чугуне и является особенно полезным в сплавах, предназначенных для работы при высоких температурах. Небольшие количества хрома (ниже 1%) уменьшают коррозию чугуна в уксусной и соляной кислотах в 4 раза [84]. На коррозию в водных растворах солей присадка хрома в чугун оказывает меньшее влияние (фиг. 25). Добавки хрома в пределах 1— 3% оказывают на коррозионную устойчивость чугуна малое влияние. Резкое повышение сопротивления коррозии наступает при введении не менее 12% Сг, т. е. такого количества, которое повышает потенциал сплава.  [c.16]
Целью термической обработки белого чугуна является получение высокой прочности и пластичности путем перевода цементита в графит. В результате такого отжига цементит в чугуне распадается на феррит и графит (углерод отжига) или на перлит и графит в первом случае чугун будет ферритным, во втором — перлитным. Излом ферритного ковкого чугуна темный, поэтому иногда его называют черносердечным. Излом перлитного ковкого чугуна — светлый, и его иногда называют белосердечным. Для отжига на ковкий чугун применяется белый чугун примерно следующего химического состава 2,5—3,2% С  [c.169]

Вторичный цементит в чугунах не обнаруживается под микроскопом в виде отдельных частиц, так как они выделяются в ледебурите (на входящих в него частичках цемента).  [c.143]

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна серый и белый. Серый чугун имеет в изломе серый цвет. Большинство отливок изготовляют из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается резанием. В белом или отбеленном чугуне весь углерод находится в химическом соединении с железом в виде цементита (Ре С) Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то цементит в чугуне распадается и углерод выделяется в свободном состоянии.  [c.459]

Как было указано, в железоуглеродистых сплавах С находится в виде графита. Структура графита слоистая прочность и пластичность его весьма низки. Графит— более устойчивая фаза, чем цементит. Графит в чугуне является вторичным продуктом, он может образовываться вследствие распада цементита.  [c.73]

Наиболее радикальным путем энергоснабжения является изменение самих принципов выполнения технологических процессов. Например, замена мартеновского способа производства стали кислородно-конверторным позволяет так организовать процесс выжигания углерода в чугуне, что для производства стали не только не требуется подводить энергию извне, но и удается получать попутно значительное количество горючих газов. Сейчас этим способом производится лишь 40% выплавляемой стали. Переход на конверторное производство стали позволил бы высвободить свыше 10 млн т высококачественного топлива (преимущественно мазута). Известны многие другие примеры резкого снижения энергоемкости продукции но названному направлению производство аммиака по новой технологии, массовое внедрение сухого способа производства цемента, так называемый двухстадийный метод получения сырья для синтетического каучука и многие другие.  [c.51]

В чугуне с содержанием 3,43—4,15% С элементы, стабилизируй юш ие карбиды, должны предпочтительно концентрироваться в цементите. Коэффициент распределения марганца между аустенитом и цементитом почти не зависит от содержания его в сплаве в интервале 0,31 —15,4%. При пониженном содержании кремния в сплаве (0,45—1,60%) коэффициенты распределения Мп и Сг примерно постоянны.  [c.55]

Ванадий аналогично хрому стабилизирует цементит, причем тем сильнее, чем выше его содержание в чугуне. Согласно имеющимся данным исследований ванадий не растворяется в цементите, а об разует карбиды ванадия V и V2 . В ванадиевых чугунах карбиды V имеют форму, близкую к шаровидной.  [c.65]

Структурно свободный цементит в ковком чугуне Низкая температура или недостаточная выдержка в 1-й стадии графитизации Повторный отжиг по установленному графику  [c.576]

При охлаждении полученной отливки в области надкритических температур происходят сравнительно незначительные структурные изменения. В сером и белом чугуне избыточный углерод, выделяющийся из аустенита с понижением температуры (по линиям E S и ES на рис. 1), наслаивается на имеющихся включениях графита или цементита соответственно. В отдельных случаях цементит в половинчатом чугуне  [c.14]

Термообработка высокопрочного чугуна является эффективным средством улучшения его свойств. Шаровидная форма включений графита в меньшей мере, чем пластинчатая, ослабляет металлическую основу, и поэтому упрочнение последней термообработкой оказывается более эффективным, чем в чугуне с пластинчатым графитом. Для некоторых марок высокопрочного чугуна с наиболее высокой пластичностью термообработка является одним из обязательных элементов технологического процесса. В производстве отливок мелкого и среднего развеса с тонкими стенками целесообразно применять виды термообработки, которые дают возможность разложить структурно свободный цементит, наблюдаемый нередко в таких отливках, или получить ферритную металлическую основу,с которой связаны наиболее высокие показатели пластических свойств. В производстве толстостенных и массивных отливок целесообразно применять виды термообработки, в результате которых повышается количество перлита в металлической основе  [c.708]

При температуре нагрева 500 °С и более в чугуне начинаются процессы сфероидизации и графитизации цементита — эвтектический цементит из пластинчатой формы преобразуется в глобулярную с некоторым снижением твердости чугуна.  [c.104]

Для получения ферритной структуры отливки медленно нагревают (рис. 4.48) до температуры 950. .. 1000 °С (зона Г) и длительно выдерживают (зона //), при этом цементит белого чугуна распадается на аустенит и графит. Затем проводят промежуточное охлаждение до температуры 760. .. 740 °С (зона III), при котором аустенит превращается в перлит. При последующей выдержке отливок при температуре 740. .. 720 °С (зона IV) цементит, входящий в состав перлита, распадается, образуя феррит и углерод отжига, и затем обеспечивается быстрое охлаждение (зона V) во избежание образования «белого излома». Отжиг на ферритный ковкий чугун длится 22. .. 32ч.  [c.202]

В процессе кристаллизации легче образуются кристаллики цементита. Для зарождения такого кристаллика не требуется большой флуктуации углерода в микрообъеме. В наиболее часто практически используемых чугунах концентрация углерода колеблется от 2,8 до 3,5%. Чтобы образовался центр кристаллизации цементита, необходимо случайное повышение концентрации углерода в микрообъеме до 6,67% С (до содержания углерода в цементите). В то же время для образования центра кристаллизации графита необходимо, чтобы концентрация в микрообъеме случайно повысилась до 100%. Зарождение центров кристаллизации цементита может происходить значительно чаще, чем центров кристаллизации графита. Но образовавшиеся кристаллики цементита неустойчивы. Они стремятся превратиться в железо и графит.  [c.89]

На линии F (заэвтектические чугуны) из жидкого сплава выделится тот компонент, который является избыточным по отношению к эвтектике, т. е. цементит (в эвтектике содержится 4,3% углерода, а в цементите — 6,67 %). Так как цементит образуется при первичной кристаллизации, его называют первичным. На линии F возникнет эвтектика — ледебурит. Следовательно, в результате первичной кристаллизации заэвтектические чугуны будут состоять из первичного цементита и ледебурита. Линия E F (1147 °С) называется эвтектической, так как на ней образуется механическая смесь аустенита и цементита — ледебурита. Ледебурит имеет эвтектический состав, следовательно, его кристаллизация протекает при постоянной температуре 1147 °С.  [c.63]

Первичная структура белых чугунов может содержать ледебурит, аустенит и первичный цементит. Так как ледебурит представляет собой механическую смесь аустенита и цементита, то и в структуру белого чугуна входят аустенит и первичный цементит. В твердом состоянии цементит не претерпевает структурных превращений, следовательно, вторичная кристаллизация чугунов связана только с теми превращениями, которые происходят в аустените при его охлаждении (см. рис. 4.2).  [c.67]

В том случае, когда часть углерода в чугуне (не более 0,9%) химически соединилась с железом, образовав цементит, который  [c.5]

Кипящий раствор с меньшим количеством щелочи (4 г едкого кали) можно применять при травлении чугунов [59] для опознавания фосфидной эвтектики. При этом травятся сначала фосфид, затем цементит. В холодном или нагретом до 40—60° С растворе только фосфид окрашивается в цвета от светло-оранжевого до темно-корич-невого в зависимости от температуры и времени травления. Хорошо травится также двойная эвтектика. Общая структура травится 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты до или после травления данным реактивом.  [c.34]

При травлении в течение 10—25 сек реактив хорошо выявляет зерна с различной ориентацией, двойники линии деформации, карбиды, ликвационную неоднородность. Лучше всего травятся границы феррита в малоуглеродистых сталях, зерна аустенита, мартенсита, карбиды в закаленных высокоуглеродистых сталях. В углеродистой и низколегированной сталях выявляются неметаллические включения и ликвация фосфора. В чугунах травятся цементит и фосфидная эвтектика [105. В течение 2 мин выявляется структура кобальта, при этом его окислы и сульфиды не окрашиваются [139].  [c.55]

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна серый и белый. В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Серый чугун в изломе имеет серый цвет. Большинство отливок изготовляется из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается режущим ин-струменто.м. В белом, или отбеленном, чугуне весь углерод находится в связанном состоянии а виде химического соединения с железом (РезС). Химическое соединение углерода с железом называется цементитом, или карбидом железа. Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то в результате этой операции цементит в чугуне распадается и углерод выделяется 3 свободном состоянии.  [c.555]

С повышением температуры скорость распада цементита сильно возрастает. Скорость распада цементита является логарифмической функцией температуры, что показано на фиг. 215, кривая которой построена по данным отечественных заводов. Так, например, чтобы распался эвтектический и вторичный цементит в чугуне при 1050°, потребовалось 4 мин., а при 800° — потребовалось 3000 мин. По времени (т. е. при данной температуре) цементит распадается неравномерно. Кривая фиг. 216 показывает, что вначале цементит распадается медленно, затем скорость распада очень быстро возрастает, и основная часть цементита распадается за время, меньшее половины всей необходимой выдержки. Последние порции цементита распадаются очень медленно. Из графика фиг. 216 видно, что распад последних 10% цементита занимает более 60% времени всей выдержки. Как установлено советскими учеными (С. А. Салтыков, Г. Н Троицкий, А. Д. Ассонов, В. И. Прядилов), скорость распада цементита может резко увеличиться, если белый чугун до отжига закалить в воде, масле или даже на воздухе. Это связано с тем, что после закалки  [c.260]

Диск для доводки изготовляется из специального чугуна. Структура такого чугуна должна состоять из основного поля перлита и равномерной фосфидной сетки при наличии непереплетающихся мелких пластинок графита. Наличие свободного цемента в чугуне не допускается. При наблюдении величины и формы графита в материале не должны обнаруживаться пористость и микроскопические трещины.  [c.56]

II серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид л елеза F a — цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графпта. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высоко твердостью н режущим инструментом обрабатываться пе могут. Поэтому белые чугупы для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным об

Теоретическая часть. 1.1 Микроструктура технического железа — Студопедия

1.1 Микроструктура технического железа

Микроструктура технического железа и углеродистых сталей характеризуется нижней левой частью диаграммы состояния Fe-Fe₃C (рисунок 1).

Сплавы с содержанием углерода до 0,02 % называются техническим железом (рисунок 2) растворимость углерода в a-железе переменная (см. линию РQ). С понижением температуры растворимость углерода в a-железе понижается. При температуре 727 °С в a-железе растворяется 0,02 % углерода, а при комнатной температуре 0,006 %. В связи с этим сплавы железа с содержанием углерода до 0,006 % имеют структуру только феррита, т.е. твердого раствора углерода в a-железе.

В сплавах с содержанием углерода от 0,006 до 0,02 % в связи с понижением растворимости углерода в a-железе при понижении температуры из феррита выделяется цементит, называемый третичным. При комнатной температуре структура таких сплавов состоит из феррита и цементита третичного, который располагается по границам зерен феррита (рисунок 2).

Максимальное количество цементита третичного в сплаве приблизительно равно 0,3 %. Однако даже столь малое количество цементита третичного сообщает малоуглеродистой стали низкие пластические свойства, т.е. приводит ее к охрупчиванию (из-за расположения вокруг зерен феррита хрупких оболочек). Для устранения этого явления проводится специальная термическая обработка, в результате которой цементит третичный выделяется в виде дисперсных частиц, равномерно распределенных по всему зерну.

1.2 Микроструктура стали

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 2,14 % называются сталями. Сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 0,8 % называются доэвтектоидными сталями; от 0,8 до 2,14 % — заэвтектоидными.

Рисунок 1 – Диаграмма состояния Fe-Fe₃C

а

б

а — феррит; б — феррит + цементит третичный

Рисунок 2 – Микроструктура технического железа и ее схематическое изображение

Сплав с содержанием углерода 0,8 % называют эвтектоидной сталью. Микроструктура эвтектоидной стали представляет собой механическую смесь феррита (Fe_aС) и цементита (Fe₃С), которая получается в результате распада твердого раствора углерода в g — железе — аустенита (Fe_gС) с содержанием углерода 0,8 % при Т = 727 °С (см. точку “S” на диаграмме Fe- Fe₃С). Такая механическая смесь называется перлитом, т. к. при травлении шлифа эвтектоидной стали, поверхность имеет перламутровый отлив.

Перлитная структура имеет пластинчатый характер, при достаточном увеличении в микроскопе видна смесь равномерно распределенных, параллельно расположенных двух фаз: узких полосок цементита и широких феррита. На микроструктуре перлита общий светлый фон представляет собой феррит; темные участки — цементит. В зависимости от скорости охлаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче.

Микроструктура доэвтектоидной стали (с 0,02 до 0,8 %) состоит из феррита и перлита. Феррит — это почти чистое железо, т.к. в феррите растворяется очень малое количество углерода. Перлит — это эвтектоид, механическая смесь феррита и цементита.

В доэвтектоидной стали после травления феррит выделяется в виде светлых полей, а перлит в виде полей полосчатого строения (рисунок 3).

Количество феррита и перлита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается.

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую ферритом и перлитом. В связи с тем, что в феррите растворено очень незначительное количество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите. Тогда содержание углерода в стали, %, можно определить по формуле

, (1)

где F_п — площадь, занимаемая перлитом, %.

Предположим, например, что половина площади (50 %) занята перлитом, половина ферритом. Содержание углерода в такой стали будет равно

Микроструктура заэвтектоидной стали (С = 0,8 — 2,14 %) имеет структуру, состоящую из перлита и цементита вторичного. Вторичный цементит выделяется из аустенита при охлаждении от температуры А_r3 (линия SЕ) до температуры А_r1 (727 °С) (см. диаграмму Fe-Fe₃С) вследствие понижения растворимости углерода в g-железе (Fe_g). При медленном охлаждении цементит вторичный выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита. При достижении температуры А_r1 (727 °С) аустенит превращается в перлит.

В результате медленного охлаждения заэвтектоидная сталь имеет структуру перлита и сетки цементита, белая сетка — вторичный цементит, а внутри сетки зерна пластинчатого строения — перлит (рисунок 3). Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более массивной (толстой) получается цементитная сетка.

а – доэвтектоидная сталь, феррит и перлит; б – эвтектоидная сталь, перлит; в – заэвтектоидная сталь, перлит и цементит вторичный

Рисунок 3 – Микроструктура стали и ее схематическое изображение

1.3 Классификация сталей

В углеродистой стали промышленного производства присутствуют различные примеси, которые по условиям появления в стали подразделяются на постоянные (всегда присутствующие в стали) и случайные. Постоянные элементы связаны с существующей технологией производства (марганец и кремний) и невозможностью полного удаления (сера, фосфор, водород, азот, кислород).

Влияние углерода и примесей на свойства стали. Углерод существенно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении ею 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, но 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 кремнийвводят в любую сталь для раскисления, т.е. для удаления вредных примесей оксида железа FeO. 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 содержание фосфора в стали офаничивается величиной 0,045 %.

Сератакже 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 углеродастали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,25 — 0,7 % С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С).

По назначениюразличают 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 качествастали 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 особовысококачественные — не более 0,025 % Р и 0,015 % S. Углеродистые конструкционные стали могут быть только обыкновенного качества и качественными.

Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от назначения и гарантируемых свойств делятся на три группы: А, Б, В.

Стали группы А имеют гарантируемые механические свойства. Они используются в состоянии поставки без горячей обработки или сварки. Эти стали маркируются буквами Ст и цифрами, обозначающими порядковый номер марки. Выпускается семь марок сталей группы А: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Чем выше номер марки, тем больше содержание углерода и, соответственно, выше прочность и ниже пластичность.

Стали группы Б имеют гарантируемый химический состав. Эти стали подвергаются горячей обработке. При этом их механические свойства не сохраняются, а химический состав важен для определения режима обработки. Маркируются они так же, как стали группы А, но перед буквами Ст ставится буква Б. Чем выше номер марки, тем больше содержание в стали углерода, марганца и кремния.

Стали группы В имеют гарантируемые механические свойства и химический состав. Эти стали используются для сварки, так как для выбора режима сварки надо знать химический состав, а механические свойства частей изделий, не подвергшихся тепловому воздействию, остаются без изменений. В марках сталей этой группы на первое место ставится буква В. При этом механические свойства стали соответствуют свойствам аналогичной марки из группы А, а химический состав — составу аналогичной марки из группы Б.

Качественные конструкционные углеродистые стали 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.

1.4 Микроструктура чугунов

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14 % называются чугунами. Чугун отличается от стали по составу — более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам — лучшими литейными качествами, по малой способности к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке).

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

— белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида Fe₃C;

— серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита;

— высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита;

— ковкий чугун, в котором весь углерод или значительная его часть находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига). Ковкий чугун получается в результате отжига отливок из белого чугуна.

Таким образом, чугун (кроме белого) отличается от стали наличием в структуре графитовых включений, а между собой чугуны различаются формой этих включений.

Превращения, происходящие в железе и стали при нагреве и охлаждении :: Технология металлов

Строение стали

Внимательно всмотревшись в излом металла, ясно можно увидеть, что он представляет собой нагромождение (совокупность) отдельных кристаллов (зерен), крепко сцепленных между собой. Мельчайшей частицей металла, как и всякого другого вещества, является атом. В элементарных ячейках, из которых состоят кристаллы железа, атомы расположены в определенном порядке. Это расположение изменяется в зависимости от температуры нагрева. При любой температуре ниже 910° атомы в ячейках кристаллов располагаются в виде куба, образуя так называемую кристаллическую решетку альфа-железа. В этом кубе восемь атомов расположены в углах решетки и один в центре.

При нагреве свыше 910° происходит перегруппировка атомов и кристаллическая решетка представляет собою форму куба с четырнадцатью атомами; условно ее называют решеткой гамма-железа. При температуре 1390° решетка гамма-железа перестраивается в решетку с девятью атомами, носящую название дельта-железо. Эта решетка отличается от решетки альфа-железа несколько большим расстоянием между центрами атомов и сохраняется до момента расплавления железа, т. е. до 1535° (Рис. 1).

Перестройка кристаллической решетки при медленном охлаждении происходит в обратном порядке: дельта-железо при 1390° превращается в гамма-железо, а гамма-железо при 898° превращается в альфа-железо.

 

 

Рис. 1. Строение    кристаллической    решетки:    а — альфа и дельта железа; б — гамма железа.

 

Критические точки превращения

На рис.2 показаны кривые охлаждения и нагревания чистого железа. Как видно из этих кривых, в процессе перестройки одной решетки в другую, а также при расплавлении и затвердевании железа происходят температурные остановки, являющиеся результатом выделения дополнительного количества тепла при охлаждении и поглощении дополнительного количества тепла при нагревании.

 

 

Рис. 2. Кривые охлаждения и нагрева чистого железа.

 

Температурные остановки, при которых происходят перестройки решеток, называются критическими температурами или критическими точками и обозначаются А_rпри охлаждении и А_с при нагревании. В точках А_r2и А_с2,не происходит перестройка атомной решетки, а изменяются магнитные свойства железа. При температуре выше 768° железо теряет способность притягиваться магнитом. При очень малой скорости нагревания и охлаждения критические точки А _с3и А_r3не совпадают друг с другом на 12°. При увеличении скорости охлаждения несовпадение критических точек увеличивается, так как температура значительно снижается и железо переохлаждается. Это явление, носит название гистерезис.

При нагревании и охлаждении стали происходит также перестройка атомной решетки, но температуры критических точек не постоянны. Они зависят от содержания углерода и легирующих примесей в стали, а также от скорости нагревания и охлаждения.

На рис. 3 представлена диаграмма состояния углеродистой стали при медленном охлаждении и нагревании.

 

 

Рис.3. Диаграмма состояния углеродистых сталей.

 

Структура стали

Структурой стали называется внутреннее ее строение. Углерод в стали находится в виде химического соединения с железом, и это соединение называется — цементит. Кроме цементита, в стали имеется феррит, представляющий собой почти чистое железо. В зависимости от содержания углерода большая или меньшая часть феррита находится в механической смеси с цементитом, образуя новую структуру — перлит. Если небольшой кусок металла прошлифовать, отполировать и протравить в специальном реактиве, то под микроскопом можно различить структуры. Ниже приводится описание структур железоуглеродистых сплавов.

Аустенит представляет собою твердый раствор углерода и других элементов в гамма-железе. Наибольшее содержание углерода, которое может раствориться в ау-стените — это 2%. Аустенит образуется при затвердевании жидкой стали и при нагреве твердой стали выше критических температур.

В обычных сталях аустенит устойчив только лишь при температуре выше критических точек. При охлаждении, даже самом быстром, с этих температур аустенит превращается в другие структуры. При комнатной температуре аустенит полностью сохраняется в ряде марок нержавеющих сталей, в высокомарганцовистой стали и в незначительном количестве остается при закалке некоторых марок инструментальной и конструкционной сталей.

Аустенит мягок, пластичен, тягуч, мало упруг. Твердость его по Бринелю находится в пределах 170—220.

Аустенит немагнитен, обладает невысокой электропроводностью.

Феррит представляет собой твердый раствор углерода и других элементов в альфа-железе. Наибольшее содержание углерода, которое может раствориться в феррите, это 0,04%. Феррит устойчив при температурах ниже критической точки A_C1. Он выделяется из аустенита при медленном охлаждении последнего ниже A_6i. Феррит мягок, сильно тягуч. Твердость HB= 60—100. Феррит магнитен до 768°. Свыше этой температуры он теряет магнитные свойства.

Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом Fe₃C—карбид железа. Цементит содержит углерода 6,67%. Выделяется из жидкого и твердого раствора при медленном охлаждении. Цементит весьма тверд и хрупок. Твердость его НB= 800—820. Он магнитен до 210°. Выше этой температуры цементит теряет магнитные свойства.

Перлит представляет собой механическую смесь феррита и цементита. Он образуется из аустенита при медленном его охлаждении. Температура превращения аустенита в перлит 723°С. При весьма медленном переходе через эту температуру цементит образуется в виде зерен (глобулей), и тогда перлит называется зернистым. При более быстром охлаждении цементит приобретает форму пластинок, и такой перлит называется пластинчатым. При весьма быстром охлаждении в результате значительного переохлаждения аустенита вместо перлита получаются другие структуры, о которых речь будет ниже.

Перлит магнитен, прочен и пластичен. Твердость его находится в пределах от 160 до 230 кг/мм² по Бринелю. При обработке резанием наиболее чистую поверхность дает структура зернистого перлита.

Мартенсит образуется в результате весьма быстрого охлаждения (закалки) аустенита. При быстром охлаждении успевает произойти перестройка кристаллической решетки гамма-железа в решетку альфа-железа, выделение же углерода в карбид железа не успевает произойти, и он весь остается растворенным в решетке альфа-железа. Так как нормально альфа-железо может растворить в себе не более 0,04% углерода, то такой раствор называют пересыщенным. Он отличается весьма большой твердостью (свыше R_c= 60) и хрупкостью. Следует указать, что решетка альфа-железа, получающаяся в результате закалки, имеет искаженную форму. Так, размеры ее граней не одинаковы — в одном направлении они удлинены за счет других (см. рис. 4). Такая решетка называется тетрагональной. Чем больше в стали углерода, тем больше тетрагональность решетки и тем более велики внутренние напряжения. При нагревании до температур 100—200° тетрагональность мартенсита уменьшается, форма кристаллической его решетки приближается к форме правильного куба, и вместе с этим уменьшаются внутренние напряжения. Мартенсит магнитен.

 

 

Рис. 4. Строение кристаллической решетки стали, закаленной на мартенсит.

Троостит представляет собой высокодисперсную (мелкораздробленную) смесь феррита и карбидов. Он образуется при охлаждении аустенита с замедленной против закалки скоростью или в результате нагрева (отпуска) мартенсита в пределах 250—400°.

При нагреве закаленной стали происходит постепенное выделение углерода из кристаллической решетки с образованием карбидов. Троостит менее прочен, более пластичен, чем мартенсит. Твердость его НB330—400. При охлаждении аустенита в горячих средах в интервале 250—400° (изотермическое превращение аустенита) происходит образование игольчатого троостита, несколько более прочного, чем обычный троостит.

Сорбит представляет собой дисперсную смесь феррита и карбидов. Он образуется при охлаждении аустенита с небольшой скоростью или при нагреве (отпуске) мартенсита до 400—650°. Карбиды сорбита более крупные, чем троостита. Сорбит пластичен, вязок и магнитен. Твердость НВ 270—320.

Ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. Он содержит углерода 4 3% Образуется ледебурит при затвердевании жидкого сплава с содержанием углерода свыше 2%. Ледебурит хрупок.

На рис. 5. представлены фотоснимки структур стали с различным содержанием углерода.

Структура стали с содержанием углерода 0,83% состоит из сплошного   перлита и называется   эвтектоидной; при меньшем содержании углерода структура стали состоит из перлита и феррита и носит название доэвтектоидной, а при большем содержании углерода — из перлита и цементита и называется заэвтектоидной. Температура 723°, при которой перлит переходит в аустенит, также называется критической и обозначается Ас.

Для того чтобы доэвтектоидную и эвтектоидную сталь полностью отжечь, нормализовать или закалить, их нужно нагреть до такой температуры, при которой они перешли бы в аустенитное состояние.

 

 

Рис. 5. Микроструктура отожженной углеродистой стали:

а — с содержанием углерода -0,1%

б — с содержанием углерода -0,85%

в — с содержанием углерода -1,1%

 

Превращения, происходящие в стали при нагревании

По диаграмме на рис. 3 можно проследить за изменениями структуры трех разных марок стали при нагревании:

1. Сталь с содержанием углерода 0,83%. Структура стали представляет собой перлит. При температуре 723° в точке A_с1 перлит переходит в аустенит.
2. Сталь с содержанием углерода 0,4%. Структура стали представляет собой перлит и феррит. При температуре 723° в точке К₁  перлит переходит в аустенит, и по мере повышения температуры происходит растворение свободного феррита в аустените. При пересечении линии GS в точке К2 закончится растворение феррита и структура будет полностью состоять из аустенита. Для этой стали точка К₁на диаграмме будет нижней критической точкой Ас1,а К₂— верхней критической точкой А_с1,.
3. Сталь с содержанием углерода 1,2%. Структура стали представляет собой перлит и цементит. При температуре 723° в точке Pi перлит переходит в аустенит, и при дальнейшем повышении температуры происходит постепенное растворение цементита в аустените. При пересечении линии SEв точке Р2 это растворение закончится. Для этой стали точка Р1 явится нижней критической точкой Ас1, а точка Ρ2 — верхней критической точкой, которая для заэвтектоидных сталей обозначается Асm.

Линия на диаграмме, обозначенная буквами GS, соответствует окончанию растворения феррита в аустените в доэвтектоидных сталях, а линия SE соответствует окончанию растворения цементита в аустените в заэвтектоидных сталях.

Следует указать, что заэвтектоидные стали при операциях термической обработки не нагревают выше линии А_cт(такая высокая температура нагрева приведет к перегреву и ухудшению свойств стали), а ограничиваются нагревом выше первой критической точки A_Cl, что полностью обеспечивает получение необходимых свойств.

Превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении

В сталях, нагретых до аустенитного состояния, при весьма медленном охлаждении произойдут обратные превращения, а именно:

а) в стали с содержанием углерода 0,83% аустенит превратится в перлит;

б) в стали с содержанием углерода 0,4% сначала из аустенита начнет выделяться феррит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит и

в) в стали с содержанием углерода 1,2% сначала из аустенита выделится цементит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит.

Даже при весьма медленном охлаждении температура распада аустенита не совпадает с теми температурами, при которых аустенит образовался при нагревании. Чем скорость охлаждения больше, тем больше становится гистерезис, т. е. разница между критическими температурами (точками) при нагревании и охлаждении.

Превращения, происходящие в стали при быстром охлаждении

Как указывалось выше, при быстром охлаждении не успевает произойти превращение аустенита в перлит с выделением избыточного феррита или цементита, а в зависимости от скорости охлаждения аустенит превращается в новые структуры — мартенсит, троостит или сорбит. Сталь с этими структурами отличается от сталей со структурами перлита и феррита повышенной твердостью, прочностью и уменьшенной пластичностью. Если углеродистую сталь, нагретую выше критических температур, охладить очень быстро, то аустенит превратится в мартенсит и это превращение начнется лишь при температуре около 200°. При несколько меньшей скорости охлаждения образуется структура троостит, а при еще меньшей — сорбит.

В производственных условиях при охлаждении углеродистой инструментальной стали в воде образуется мартенсит, при охлаждении в масле — троостит и при охлаждении в струе воздуха -сорбит. На рис. 6 показаны микроструктуры закаленной стали.

 

 

Рис. 6. Микроструктура закаленной стали:

а — игольчатый мартенсит;

б — сорбит.

В легированных сталях, благодаря присутствию специальных элементов, для образования мартенсита не требуется столь большой скорости охлаждения, как для углеродистых сталей,   и   мартенсит   образуется   при охлаждении в масле, а для быстрорежущих сталей — и при охлаждении на воздухе.

Троостит и сорбит можно получить не только в результате ускоренного охлаждения, нои путем нагрева закаленной стали, имеющей структуру мартенсита, до температуры ниже A_с1, т. е. путем отпуска стали. В этом случае троостит получается при нагреве стали до 400°, а сорбит—при нагреве до 650°. При нагреве до промежуточных температур получаются смешанные структуры: при нагреве от 250—400° — мартенсит и троостит и при нагреве от 400—650° — троостит и сорбит. В производственных условиях троостит и сорбит получают путем отпуска закаленной стали.   

Превращения, происходящие в стали при охлаждении в среде, имеющей температуру выше 200° (изотермическое превращение)

Если деталь, нагретую выше критической точки, поместить в среду, имеющую температуру от 700 до примерно 200°, и выдержать в ней до выравнивания температуры по всему сечению, то аустенит превратится в ту структуру, которая соответствует превращению при данной температуре.

О поведении стали при изотермической обработке, выборе температуры и времени выдержки судят по кривым изотермического превращения, построенным для разных марок стали.

 

 

Рис. 7.  Диаграмма изотермического превращения аустенита углеродистой стали.

На рис. 7 дан вид диаграммы изотермического превращения в стали. На горизонтальной оси отложено время начала и конца превращения, а на вертикальной— температура, при которой оно происходит. Линия А _с соответствует переходу аустенита в перлит, а линия М_н — образованию мартенсита из аустенита. На кривой I начинаются, а на кривой II заканчиваются структурные превращения.

Если углеродистую инструментальную сталь, нагретую до 800°, поместить в масло, расплавленную соль или щелочь при температуре 250°, в ней образуется игольчатый троостит с высокой твердостью R_c=45—55. Если эту же сталь охладить в среде, имеющей температуру свыше 600°, в ней образуется перлит и такая сталь легко обрабатывается на станках. При охлаждении стали в среде с промежуточными температурами образуются структуры троостита и сорбита с соответствующей твердостью.

Изотермический отжиг нашел большое применение при термической обработке инструментальных сталей как процесс, резко уменьшающий время по сравнению с другими видами отжига.

Изотермическая закалка в инструментальном деле применяется редко из-за недостаточной для инструмента твердости, достигаемой при этом процессе.

Источник:
Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.
Каменичный И.С. Практика термической обработки инструмента. Киев, 1959 г.

Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Цементит , также известный как карбид железа , представляет собой промежуточное соединение железа и углерода, точнее промежуточный карбид переходного металла с формулой Fe ₃ C. По весу он состоит из 6,67% углерода и 93,3% железа. Он имеет ромбическую кристаллическую структуру. ^[1] Это твердый, хрупкий материал, ^[1] обычно классифицируется как керамика в чистом виде, хотя он более важен в черной металлургии.Карбид железа присутствует в большинстве сталей и чугунов, ^[2] , он производится в качестве сырья в процессе карбида железа, который принадлежит к семейству альтернативных технологий производства чугуна

Металлургия

Орторомбический Fe ₃ C. Атомы железа синие. Фазовая диаграмма железо-углерод

В системе железо-углерод (т. Е. Углеродистые стали и чугуны) он является обычным компонентом, поскольку феррит может содержать не более 0,02 мас. % Несвязанного углерода.Следовательно, в углеродистых сталях и чугунах, которые медленно охлаждаются, часть элемента находится в форме цементита. ^[3] В случае белого чугуна образуется непосредственно из расплава. В углеродистой стали он образуется либо из аустенита во время охлаждения, либо из мартенсита во время отпуска. Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образует пластинчатую структуру, называемую перлитом.

Хотя цементит термодинамически нестабилен и в конечном итоге превращается в феррит и графит при более высоких температурах, он не разлагается при нагревании при температурах ниже эвтектоидной температуры на фазовой диаграмме метастабильного железа-углерода, которая имеет порядок 1000 К.

Чистая форма

Цементит превращается из ферромагнитного в парамагнитный при температуре Кюри приблизительно 480 К. ^[4]

Зависимость мольного объема цементита от давления при комнатной температуре.

Природный карбид железа (содержащий незначительное количество никеля и кобальта) встречается в железных метеоритах и ​​называется когенитом в честь немецкого минералога Эмиля Коэна, который первым его описал. ^[5] Поскольку углерод является одним из возможных второстепенных компонентов легких сплавов металлических ядер планет, свойства цементита (Fe ₃ C) как простого заменителя когенита при высоких давлениях и температурах изучаются экспериментально.На рисунке показано поведение при сжатии при комнатной температуре.

Карбиды железа прочие

Существуют и другие формы метастабильных карбидов железа, которые были обнаружены в отпущенной стали и в промышленном [процесс Фишера-Тропша]. К ним относятся карбид Epsilon (ε) , гексагональный плотноупакованный Fe _2-3 C, выделения в углеродистых сталях с содержанием углерода> 0,2%, отпущенные при 100-200 ° C. Нестехиометрический ε-карбид растворяется выше ~ 200 ° C, где начинают образовываться карбиды Хегга и цементит. Карбид Хегга , моноклинный Fe ₅ C ₂ , выделяется в закаленных инструментальных сталях, отпущенных при 200-300 ° C. ^{[6] [7]} Определение характеристик различных карбидов железа вовсе не является тривиальной задачей, и часто дифракция рентгеновских лучей дополняется мессбауэровской спектроскопией.

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1.1} Smith & Hashemi 2006, стр. 363.
2. ↑ Дюран-Шарр 2003.
3. ↑ Smith & Hashemi 2006, стр.366–372.
4. ↑ S.W.J. Смит; W. White; С.Г. Баркер (1911). «Температура магнитного перехода цементита». Proc. Phys. Soc. Лондон . 24 (1): 62–69. DOI: 10,1088 / 1478-7814 / 24/1/310.
5. ↑ Vagn F. Buchwald, Handbook of Iron Meteorites, University of California Press, 1975.
6. ↑ Г. Хэгг, З. Крист. , т. 89, с. 92-94, 1934.
7. ↑ W.Ф. Смит, Структура и свойства технических сплавов , McGraw-Hill Inc., 1981, стр. 61-62, ISBN 0-07-0585601.

Библиография

• Smith, William F .; Хашеми, Джавад (2006). Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-295358-6 . CS1 maint: ref = harv (link) css»>
• Дюран-Шарр, Мадлен (2004). Микроструктура сталей и чугунов . Springer. ISBN 978-3-642-05897-4 . CS1 maint: ref = harv (link)

Внешние ссылки

• Кристаллическая структура цементита по NRL
• Кристаллическая структура цементита, Кембриджский университет
• Альтернативные технологии производства чугуна
• L.J.E. Коэн Природа карбидов железа, Бюллетень 631 Горное бюро США
• Pycalphad: термодинамический расчет цементита http: // pycalphad.readthedocs.org/en/latest/examples/CementiteAnalysis.html на основе
• Bengt Hallstedt, Dejan Djurovic, Jörg von Appen, Richard Dronskowski, Alexey Dick, Fritz Körmann, Tilmann Hickel, Jörg Neugebauer, Термодинамические свойства цементита, Calphad, Том 34, Выпуск 1, март 2010, страницы 129-133- ISSN 5916, http: //dx.doi.org/10.1016/j.calphad. 2010.01.004.
• Ester Esna du Plessis Кристаллические структуры карбидов железа, доктор философии. Диссертация, Йоханнесбургский университет, 2006 г. https: // books.google.it/books/about/The_Crystal_Structures_of_the_Iron_Carbi.html?id=AN6QtgAACAAJ&redir_esc=y
• Определение характеристик карбидов железа методом Мессабуэра, полученных методом Fisher Tropsch Synthesis http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/j100221a030
• Образование метастабильных карбидов типа Fe ₇ C ₃ и Fe ₅ C ₂ во время кристаллизации аморфного сплава Fe ₇₅ C ₂₅ http://www.sciencedirect.com/science/ article / pii / 00223093812

% PDF-1.6 % 249 0 объект > endobj xref 249 757 0000000016 00000 н. 0000016969 00000 п. 0000017154 00000 п. 0000017283 00000 п. 0000017319 00000 п. 0000026806 00000 п. 0000026935 00000 п. 0000027089 00000 п. 0000027219 00000 п. 0000027373 00000 п. 0000027592 00000 п. 0000027746 00000 п. 0000027965 00000 н. 0000028119 00000 п. 0000028765 00000 п. 0000029400 00000 н. 0000029904 00000 н. 0000030327 00000 п. 0000030364 00000 п. 0000030420 00000 п. 0000030830 00000 п. 0000048711 00000 п. 0000048911 00000 п. 0000049602 00000 п. 0000049684 00000 п. 0000050329 00000 п. 0000050530 00000 п. 0000050966 00000 п. 0000051163 00000 п. 0000060916 00000 п. 0000061118 00000 п. 0000061717 00000 п. 0000080694 00000 п. 0000092390 00000 п. 0000099540 00000 н. 0000106435 00000 н. 0000112563 00000 н. 0000118462 00000 н. 0000124603 00000 н. 0000131976 00000 н. 0000134669 00000 н. 0000135625 00000 н. 0000135685 00000 н. 0000135736 00000 н. 0000137315 00000 н. 0000137516 00000 н. 0000138048 00000 н. 0000138188 00000 н. 0000152277 00000 н. 0000152316 00000 н. 0000152994 00000 н. 0000153147 00000 н. 0000153750 00000 н. 0000153903 00000 н. 0000154056 00000 н. 0000154667 00000 н. 0000154819 00000 н. 0000155417 00000 н. 0000155570 00000 н. 0000155722 00000 н. 0000155875 00000 н. 0000156028 00000 н. 0000156181 00000 п. 0000156333 00000 н. 0000156486 00000 н. 0000156637 00000 н. 0000156790 00000 н. 0000156943 00000 н. 0000157095 00000 н. 0000157248 00000 н. 0000157400 00000 н. 0000157553 00000 н. 0000157706 00000 н. 0000157859 00000 н. 0000158012 00000 н. 0000158165 00000 н. 0000158317 00000 н. 0000158470 00000 н. 0000158622 00000 н. 0000158773 00000 н. 0000158924 00000 н. 0000159077 00000 н. 0000159230 00000 н. 0000159383 00000 н. 0000159535 00000 н. 0000159688 00000 н. 0000159841 00000 н. 0000159993 00000 н. 0000160145 00000 н. 0000160297 00000 н. 0000160449 00000 н. 0000160602 00000 н. 0000160754 00000 н. 0000160907 00000 н. 0000161059 00000 н. 0000161212 00000 н. 0000161365 00000 н. 0000161517 00000 н. 0000161669 00000 н. 0000161821 00000 н. 0000161974 00000 н. 0000162125 00000 н. 0000162277 00000 н. 0000162431 00000 н. 0000162584 00000 н. 0000162739 00000 н. 0000162894 00000 н. 0000163048 00000 н. 0000163204 00000 н. 0000163359 00000 н. 0000163512 00000 н. 0000164109 00000 н. 0000164263 00000 н. 0000164840 00000 н. 0000164993 00000 н. 0000165579 00000 н. 0000165733 00000 н. 0000166299 00000 н. 0000166452 00000 н. 0000166607 00000 н. 0000166761 00000 н. 0000166913 00000 н. 0000167067 00000 н. 0000167219 00000 н. 0000167373 00000 н. 0000167526 00000 н. 0000167680 00000 н. 0000167834 00000 н. 0000167988 00000 н. 0000168141 00000 н. 0000168295 00000 н. 0000168447 00000 н. 0000168600 00000 н. 0000168754 00000 н. 0000168908 00000 н. 0000169062 00000 н. 0000169215 00000 н. 0000169369 00000 н. 0000169522 00000 н. 0000169674 00000 н. 0000169826 00000 н. 0000169979 00000 н. 0000170133 00000 п. 0000170287 00000 н. 0000170440 00000 п. 0000170592 00000 н. 0000170746 00000 н. 0000170899 00000 н. 0000171053 00000 н. 0000171206 00000 н. 0000171359 00000 н. 0000171512 00000 н. 0000171665 00000 н. 0000171818 00000 н. 0000171972 00000 н. 0000172126 00000 н. 0000172280 00000 н. 0000172434 00000 н. 0000172587 00000 н. 0000172741 00000 н. 0000172895 00000 н. 0000173049 00000 н. 0000173203 00000 н. 0000173354 00000 н. 0000173508 00000 н. 0000173661 00000 н. 0000173815 00000 н. 0000173968 00000 н. 0000174120 00000 н. 0000174407 00000 н. 0000174555 00000 н. 0000174707 00000 н. 0000174860 00000 н. 0000175011 00000 н. 0000175165 00000 н. 0000175317 00000 н. 0000175470 00000 н. 0000175623 00000 н. 0000175777 00000 н. 0000175929 00000 н. 0000176083 00000 н. 0000176236 00000 п. 0000176388 00000 н. 0000176540 00000 н. 0000176694 00000 н. 0000176847 00000 н. 0000177001 00000 н. 0000177152 00000 н. 0000177306 00000 н. 0000177460 00000 н. 0000177613 00000 н. 0000177766 00000 н. 0000177920 00000 н. 0000178073 00000 н. 0000178226 00000 н. 0000178379 00000 н. 0000178532 00000 н. 0000178684 00000 н. 0000178836 00000 н. 0000178990 00000 н. 0000179143 00000 н. 0000179297 00000 н. 0000179451 00000 п. 0000179605 00000 н. 0000179758 00000 н. 0000179912 00000 н. 0000180066 00000 н. 0000180220 00000 н. 0000180804 00000 н. 0000180956 00000 п. 0000181525 00000 н. 0000181677 00000 н. 0000182247 00000 н. 0000182399 00000 н. 0000182551 00000 н. 0000183113 00000 п. 0000183265 00000 н. 0000183417 00000 н. 0000183569 00000 н. 0000183722 00000 н. 0000183874 00000 н. 0000184025 00000 н. 0000184177 00000 н. 0000184327 00000 н. 0000184478 00000 н. 0000184629 00000 н. 0000184780 00000 н. 0000184932 00000 н. 0000185084 00000 н. 0000185235 00000 н. 0000185388 00000 н. 0000185539 00000 н. 0000185691 00000 п. 0000185842 00000 н. 0000185994 00000 н. 0000186144 00000 н. 0000186295 00000 н. 0000186446 00000 н. 0000186597 00000 н. 0000186749 00000 н. 0000186899 00000 н. 0000187052 00000 н. 0000187203 00000 н. 0000187354 00000 н. 0000187506 00000 н. 0000187658 00000 н. 0000187810 00000 п. 0000187962 00000 н. 0000188114 00000 н. 0000188266 00000 н. 0000188418 00000 н. 0000188570 00000 н. 0000188722 00000 н. 0000188874 00000 н. 0000189026 00000 н. 0000189175 00000 н. 0000189325 00000 н. 0000189474 00000 н. 0000189626 00000 н. 0000189778 00000 н. 0000189929 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 0000190686 00000 н. 0000190838 00000 н. 0000190990 00000 н. 0000191142 00000 н. 0000191294 00000 н. 0000191446 00000 н. 0000191597 00000 н. 0000191746 00000 н. 0000191898 00000 н. 0000192051 00000 н. 0000192202 00000 н. 0000192354 00000 н. 0000192505 00000 н. 0000192656 00000 н. 0000192808 00000 н. 0000192959 00000 н. 0000193111 00000 п. 0000193263 00000 н. 0000193415 00000 н. 0000193566 00000 н. 0000194185 00000 н. 0000194339 00000 н. 0000194492 00000 н. 0000194644 00000 н. 0000194796 00000 н. 0000194947 00000 н. 0000195099 00000 н. 0000195251 00000 н. 0000195403 00000 н. 0000195555 00000 н. 0000195707 00000 н. 0000195857 00000 н. 0000196006 00000 н. 0000196159 00000 н. 0000196310 00000 н. 0000196461 00000 н. 0000196613 00000 н. 0000196764 00000 н. 0000196916 00000 н. 0000197461 00000 н. 0000197615 00000 н. 0000198149 00000 н. 0000198302 00000 н. 0000198844 00000 н. 0000198998 00000 н. 0000199526 00000 н. 0000199679 00000 н. 0000199834 00000 н. 0000199987 00000 н. 0000200522 00000 н. 0000200676 00000 н. 0000201193 00000 н. 0000201346 00000 н. 0000201864 00000 н. 0000202018 00000 н. 0000202538 00000 н. 0000202691 00000 н. 0000202846 00000 н. 0000203000 00000 н. 0000203154 00000 н. 0000203306 00000 н. 0000203459 00000 н. 0000203613 00000 н. 0000203766 00000 н. 0000203920 00000 н. 0000204073 00000 н. 0000204227 00000 н. 0000204379 00000 н. 0000204533 00000 н. 0000204686 00000 н. 0000204838 00000 н. 0000204991 00000 н. 0000205144 00000 н. 0000205297 00000 н. 0000205450 00000 н. 0000205604 00000 н. 0000205757 00000 н. 0000205910 00000 н. 0000206062 00000 н. 0000206215 00000 н. 0000206369 00000 н. 0000206523 00000 н. 0000206677 00000 н. 0000206831 00000 н. 0000206985 00000 н. 0000207138 00000 н. 0000207292 00000 н. 0000207444 00000 н. 0000207598 00000 н. 0000207752 00000 н. 0000207906 00000 н. 0000208059 00000 н. 0000208213 00000 н. 0000208366 00000 н. 0000208519 00000 н. 0000208670 00000 н. 0000208823 00000 н. 0000208977 00000 н. 0000209131 00000 н. 0000209284 00000 н. 0000209437 00000 н. 0000209589 00000 н. 0000209742 00000 н. 0000209896 00000 н. 0000210048 00000 н. 0000210202 00000 н. 0000210355 00000 п. 0000210508 00000 н. 0000210661 00000 п. 0000210815 00000 н. 0000210967 00000 н. 0000211120 00000 н. 0000211274 00000 н. 0000211427 00000 н. 0000211579 00000 н. 0000211733 00000 н. 0000211887 00000 н. 0000212041 00000 н. 0000212193 00000 н. 0000212345 00000 н. 0000212497 00000 н. 0000212650 00000 н. 0000212803 00000 н. 0000212956 00000 н. 0000213109 00000 н. 0000213261 00000 н. 0000213414 00000 н. 0000213567 00000 н. 0000213721 00000 н. 0000213873 00000 н. 0000214025 00000 н. 0000214178 00000 н. 0000214331 00000 п. 0000214485 00000 н. 0000214639 00000 н. 0000214792 00000 н. 0000214946 00000 н. 0000215100 00000 н. 0000215254 00000 н. 0000215405 00000 н. 0000215557 00000 н. 0000215710 00000 н. 0000215864 00000 н. 0000216018 00000 н. 0000216172 00000 н. 0000216326 00000 н. 0000216477 00000 н. 0000216630 00000 н. 0000216782 00000 н. 0000216935 00000 н. 0000217088 00000 н. 0000217241 00000 н. 0000217394 00000 н. 0000217547 00000 н. 0000217700 00000 н. 0000217852 00000 н. 0000218004 00000 н. 0000218156 00000 н. 0000218310 00000 п. 0000218463 00000 п. 0000218615 00000 н. 0000218767 00000 н. 0000218921 00000 н. 0000219073 00000 н. 0000219226 00000 п. 0000219379 00000 н. 0000219531 00000 н. 0000219685 00000 н. 0000219839 00000 н. 0000219993 00000 п. 0000220147 00000 н. 0000220300 00000 н. 0000220454 00000 п. 0000220608 00000 н. 0000220760 00000 н. 0000220914 00000 н. 0000221067 00000 н. 0000221220 00000 н. 0000221374 00000 н. 0000221526 00000 н. 0000221680 00000 н. 0000221833 00000 н. 0000221986 00000 н. 0000222139 00000 н. 0000222291 00000 н. 0000222442 00000 н. 0000222594 00000 н. 0000222747 00000 н. 0000222900 00000 н. 0000223054 00000 н. 0000223207 00000 н. 0000223360 00000 н. 0000223513 00000 н. 0000223666 00000 н. 0000223820 00000 н. 0000223973 00000 н. 0000224126 00000 н. 0000224280 00000 н. 0000224434 00000 н. 0000224588 00000 н. 0000224741 00000 н. 0000224894 00000 н. 0000225047 00000 н. 0000225201 00000 н. 0000225355 00000 н. 0000225507 00000 н. 0000225659 00000 н. 0000225811 00000 н. 0000225965 00000 н. 0000226119 00000 н. 0000226273 00000 н. 0000226427 00000 н. 0000226581 00000 н. 0000226735 00000 н. 0000226889 00000 н. 0000227043 00000 н. 0000227196 00000 н. 0000227349 00000 н. 0000227502 00000 н. 0000227656 00000 н. 0000227810 00000 н. 0000227964 00000 н. 0000228116 00000 н. 0000228268 00000 н. 0000228419 00000 н. 0000228571 00000 н. 0000228722 00000 н. 0000228875 00000 н. 0000229404 00000 н. 0000229556 00000 н. 0000229709 00000 н. 0000230229 00000 п. 0000230379 00000 н. 0000230904 00000 н. 0000231056 00000 н. 0000231573 00000 н. 0000231723 00000 н. 0000231876 00000 н. 0000232028 00000 н. 0000232180 00000 н. 0000232331 00000 н. 0000232482 00000 н. 0000232633 00000 н. 0000232785 00000 н. 0000232938 00000 н. 0000233090 00000 н. 0000233241 00000 н. 0000233393 00000 п. 0000233544 00000 н. 0000233696 00000 п. 0000233847 00000 н. 0000233999 00000 н. 0000234149 00000 п. 0000234300 00000 н. 0000234452 00000 п. 0000234605 00000 н. 0000234758 00000 п. 0000234910 00000 н. 0000235062 00000 н. 0000235213 00000 п. 0000235364 00000 н. 0000235516 00000 н. 0000235668 00000 н. 0000235820 00000 н. 0000235972 00000 н. 0000236124 00000 н. 0000236276 00000 н. 0000236428 00000 н. 0000236579 00000 п. 0000236731 00000 н. 0000236882 00000 н. 0000237034 00000 п. 0000237185 00000 н. 0000237337 00000 н. 0000237487 00000 н. 0000237639 00000 н. 0000237789 00000 н. 0000237941 00000 п. 0000238094 00000 н. 0000238246 00000 н. 0000238397 00000 н. 0000238549 00000 н. 0000238699 00000 н. 0000238851 00000 н. 0000239003 00000 п. 0000239154 00000 н. 0000239306 00000 н. 0000239458 00000 п. 0000239610 00000 н. 0000239762 00000 н. 0000239914 00000 н. 0000240065 00000 н. 0000240217 00000 н. 0000240369 00000 н. 0000240520 00000 н. 0000240671 00000 п. 0000240823 00000 п. 0000240975 00000 п. 0000241127 00000 н. 0000241278 00000 н. 0000241431 00000 н. 0000241582 00000 н. 0000241734 00000 н. 0000241886 00000 н. 0000242038 00000 н. 0000242190 00000 н. 0000242341 00000 п. 0000242493 00000 н. 0000242645 00000 н. 0000242797 00000 н. 0000242949 00000 н. 0000243100 00000 н. 0000243252 00000 н. 0000243404 00000 н. 0000243556 00000 н. 0000243708 00000 н. 0000243859 00000 н. 0000244011 00000 н. 0000244162 00000 н. 0000244314 00000 н. 0000244463 00000 н. 0000244615 00000 н. 0000244768 00000 н. 0000244920 00000 н. 0000245072 00000 н. 0000245224 00000 н. 0000245373 00000 п. 0000245525 00000 н. 0000245676 00000 н. 0000245828 00000 н. 0000245980 00000 н. 0000246131 00000 н. 0000246281 00000 п. 0000246434 00000 н. 0000246585 00000 н. 0000246735 00000 н. 0000246887 00000 н. 0000247038 00000 п 0000247190 00000 н. 0000247341 00000 н. 0000247492 00000 н. 0000247642 00000 н. 0000247794 00000 н. 0000247945 00000 н. 0000248098 00000 н. 0000248249 00000 н. 0000248399 00000 н. 0000248551 00000 н. 0000248703 00000 н. 0000248855 00000 н. 0000249006 00000 н. 0000249156 00000 н. 0000249308 00000 н. 0000249460 00000 н. 0000249612 00000 н. 0000249764 00000 н. 0000249916 00000 н. 0000250067 00000 н. 0000250218 00000 н. 0000250369 00000 н. 0000250519 00000 н. 0000250669 00000 н. 0000250819 00000 н. 0000250970 00000 н. 0000251121 00000 н. 0000251273 00000 н. 0000251425 00000 н. 0000251578 00000 н. 0000251729 00000 н. 0000251881 00000 н. 0000252033 00000 н. 0000252185 00000 н. 0000252335 00000 н. 0000252486 00000 н. 0000252636 00000 н. 0000252787 00000 н. 0000252938 00000 н. 0000253089 00000 н. 0000253242 00000 н. 0000253393 00000 н. 0000253545 00000 н. 0000253697 00000 н. 0000253848 00000 н. 0000254000 00000 н. 0000254152 00000 н. 0000254304 00000 н. 0000254456 00000 н. 0000254606 00000 н. 0000254758 00000 н. 0000254911 00000 н. 0000255063 00000 н. 0000255215 00000 н. 0000255366 00000 н. 0000255518 00000 н. 0000255670 00000 н. 0000255822 00000 н. 0000255974 00000 н. 0000256126 00000 н. 0000256278 00000 н. 0000256430 00000 н. 0000256583 00000 н. 0000256733 00000 н. 0000256884 00000 н. 0000257037 00000 н. 0000257190 00000 н. 0000257343 00000 п. 0000257496 00000 н. 0000257649 00000 н. 0000257802 00000 н. 0000257955 00000 п. 0000258108 00000 н. 0000258261 00000 н. 0000258414 00000 н. 0000258567 00000 н.

цементит Википедия

Цементит (или карбид железа ) представляет собой соединение железа и углерода, точнее промежуточный карбид переходного металла с формулой Fe ₃ C.По весу это 6,67% углерода и 93,3% железа. Он имеет ромбическую кристаллическую структуру. ^[1] Это твердый, хрупкий материал, ^[1] обычно классифицируется как керамика в чистом виде и является часто встречающимся и важным компонентом в черной металлургии. В то время как цементит присутствует в большинстве сталей и чугунов, ^[2] , он производится в качестве сырья в процессе карбида железа, который принадлежит к семейству альтернативных технологий производства чугуна. Название цементит возникло в результате исследований Флориса Осмонда и Дж.Верта, где структура затвердевшей стали теоретически представляет собой своего рода клеточную ткань с ферритом в качестве ядра и Fe ₃ C оболочкой клеток. Таким образом, карбид скрепил железо . ^[3]

Металлургия []

Орторомбический Fe ₃ C. Атомы железа синие. Фазовая диаграмма железо-углерод

В системе железо-углерод (то есть в углеродистой стали и чугунах) он является обычным компонентом, поскольку феррит может содержать не более 0.02 мас.% Несвязанного углерода. ^[4] Следовательно, в углеродистых сталях и чугунах, которые медленно охлаждаются, часть углерода находится в форме цементита. ^[5] Цементит образуется непосредственно из расплава в случае белого чугуна. В углеродистой стали цементит выделяется из аустенита, когда аустенит превращается в феррит при медленном охлаждении, или из мартенсита во время отпуска. Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образует пластинчатую структуру, называемую перлитом.

Хотя цементит термодинамически нестабилен и в конечном итоге превращается в аустенит (низкий уровень углерода) и графит (высокий уровень углерода) при более высоких температурах, он не разлагается при нагревании при температурах ниже температуры эвтектоида (723 ° C) на метастабильном железе. -углеродная фазовая диаграмма.

Чистая форма []

Цементит превращается из ферромагнитного в парамагнитный при температуре Кюри приблизительно 480 К. ^[6]

Зависимость мольного объема цементита от давления при комнатной температуре.

Природный карбид железа (содержащий незначительное количество никеля и кобальта) встречается в железных метеоритах и ​​называется когенитом в честь немецкого минералога Эмиля Коэна, который первым его описал. ^[7] Поскольку углерод является одним из возможных второстепенных компонентов легких сплавов металлических ядер планет, свойства цементита (Fe ₃ C) в качестве простого заменителя когенита исследуются экспериментально при высоких давлениях и температурах. На рисунке показано поведение при сжатии при комнатной температуре.

Карбиды железа прочие []

Существуют и другие формы метастабильных карбидов железа, которые были обнаружены в закаленной стали и в промышленном процессе Фишера-Тропша. К ним относятся карбид эпсилон (ε) , гексагональный плотноупакованный Fe _2-3 C, выделения в углеродистых сталях с содержанием углерода> 0,2%, отпущенные при 100–200 ° C. Нестехиометрический ε-карбид растворяется выше ~ 200 ° C, где начинают образовываться карбиды Хегга и цементит. Карбид Хегга , моноклинный Fe ₅ C ₂ , выделяется в закаленных инструментальных сталях, отпущенных при 200–300 ° C. Манникс, Лиам (31.08.2019). «Этот метеорит пришел из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал». Эпоха . Проверено 14 сентября 2019.

Библиография []

Внешние ссылки []

• Кристаллическая структура цементита по NRL
• Хальштедт, Бенгт; Джурович, Деян; фон Аппен, Йорг; Dronskowski, Ричард; Дик, Алексей; Кёрманн, Фриц; Хикель, Тилманн; Нойгебауэр, Йорг (март 2010 г.). «Термодинамические свойства цементита (Fe ₃ C)». Калфад . 34 (1): 129–133. DOI: 10.1016 / j.calphad.2010.01.004.
• Le Caer, G .; Дюбуа, Дж. М .; Pijolat, M .; Perrichon, V .; Бюссьер, П. (ноябрь 1982 г.). «Характеристика с помощью мессбауэровской спектроскопии карбидов железа, образованных синтезом Фишера-Тропша». Журнал физической химии . 86 (24): 4799–4808. DOI: 10.1021 / j100221a030.
• Bauer-Grosse, E .; Frantz, C .; Le Caer, G .; Хейман, Н. (июнь 1981 г.).«Образование метастабильных карбидов типа Fe ₇ C ₃ и Fe ₅ C ₂ во время кристаллизации аморфного сплава Fe ₇₅ C ₂₅ ». Журнал некристаллических твердых тел . 44 (2–3): 277–286. DOI: 10.1016 / 0022-3093 (81) -2.

диффузия углерода | Scientific.Net

Прикладная механика и материалы

Достижения в науке и технологиях

Международный журнал инженерных исследований в Африке

Форум передовых инженеров

Журнал биомиметики, биоматериалов и биомедицинской инженерии

Форум о дефектах и ​​распространении

Ключевые инженерные материалы

Расширенные исследования материалов

Журнал метастабильных и нанокристаллических материалов

Нано-гибриды и композиты

FFJournal.чистая | Основные приложения диаграммы железо-углерод

• Дом
• Технологии
  • Изготовление
    • Удаление заусенцев / чистовая обработка
    • Лазерная технология
    • Плазменные технологии
    • Робототехника
    • Пильные системы
    • Труба и труба
    • Гидроабразивная резка
    • Сварка
  • Формирование
    • Гибка / складывание
    • Гидравлические прессы
    • Механические прессы
    • Пресс-тормозной инструмент
    • Листогибочные прессы
    • Штамповка
    • Профилегибочное производство
    • Сервопрессы

Термическая обработка

Это процесс, используемый для изменения определенных характеристик металлов и сплавов, чтобы сделать их более подходящими для конкретного вида применения. Термическая обработка может сильно влиять на механические свойства, такие как прочность, твердость, пластичность, ударная вязкость и износостойкость сплавов.

Термическая обработка углеродистых сталей и углеродистых легированных сталей:
Термическая обработка обоих типов стали проводится для улучшения механических свойств, таких как предел прочности на разрыв и предел текучести. Это достигается путем изменения молекулярной структуры стали с целью создания более прочной микроструктуры. Структура стали состоит из двух переменных:

	Структура зерна: Расположение атомов в металле.
	Размер зерна: Размер отдельных кристаллов металла. Большой размер зерна обычно связан с низкой прочностью, твердостью и пластичностью.

В процессе сплавления в металл вводятся такие элементы, как углерод. Эти добавленные элементы прерывают поток отдельных зерен, увеличивая прочность.Таким образом, контроль кристаллической структуры металла является ключевым элементом успешной термообработки.

A Металл также может существовать в различных фазах: феррит, аустенит и цементит. Чтобы лучше понять эти фазы, взгляните на фазовую диаграмму железо-углерод. Ось Y (вертикальная) — это измерение температуры, а ось X (горизонтальная) — измерение содержания углерода в стали. Крайняя левая часть оси X представляет ферритную фазу стали (с низким содержанием углерода), а крайняя правая часть.Сторона представляет собой цементитную фазу стали (с высоким содержанием углерода), которая также известна как карбид железа. Изогнутая горизонтальная линия, которая проходит чуть выше 1333 ºF, представляет аустенитную фазу стали.

В превращении, происходящем с железоуглеродистыми сплавами, участвуют следующие фазы:

1. L — L представляет собой жидкий раствор углерода в железе.
2. δ-феррит — δ-феррит — твердый раствор углерода в железе. Максимальная концентрация углерода в δ-феррите составляет 0,09% при 2719 ºF (1493ºC) — температуре перитектического превращения. Кристаллическая структура δ-феррита — ОЦК (кубическое телоцентрированное).
3. Аустенит — Аустенит представляет собой твердый раствор углерода в γ-железе. Аустенит имеет кристаллическую структуру FCC (кубическая гранецентрированная), что обеспечивает высокую растворимость углерода — до 2.06% при 2097 ºF (1147 ºC). Аустенит не существует при температуре ниже 1333 ºF (733ºC), а максимальная концентрация углерода при этой температуре составляет 0,83%.
4. α-феррит — α-феррит — твердый раствор углерода в α-железе. α-феррит имеет кристаллическую структуру BCC и низкую растворимость углерода — до 0,25% при 1333 ºF (733ºC). Он существует при комнатной температуре.
5. Цементит — Цементит представляет собой карбид железа, интерметаллическое соединение фиксированного состава Fe3C.Цементит — твердое и хрупкое вещество, влияющее на свойства сталей и чугунов.

Когда феррит (низкоуглеродистая сталь) находится при комнатной температуре, он имеет объемно-центрированную кубическую структуру, которая может поглощать лишь небольшое количество углерода. Поскольку феррит может поглощать только очень небольшое количество углерода при комнатной температуре, непоглощенный углерод отделяется от объемно-центрированной кубической структуры с образованием карбидов, которые соединяются вместе, образуя небольшие пакеты чрезвычайно твердой кристаллической структуры внутри феррита, называемого цементный.Однако, когда феррит нагревается до температуры выше линии превращения (линии аустенита), объемно-центрированная кубическая структура изменяется на гранецентрированную кубическую структуру, что позволяет поглощать углерод кристаллической структурой.

Когда сталь переходит в аустенитную фазу, весь цементит растворяется в аустените. Если дать стали медленно остыть, углерод отделяется от феррита, поскольку кубическая структура переходит от гранецентрированной обратно к объемноцентрированной.Островки цементита будут преобразовываться в феррите, и сталь будет иметь те же свойства, что и до нагрева. Однако, когда сталь быстро охлаждается или закаливается в закалочной среде (такой как масло, вода или холодный воздух), углерод не успевает выйти из кубической структуры феррита и застревает в ней. Это приводит к информации мартенситный ; микроструктура, обеспечивающая наиболее востребованные механические свойства стальных крепежных изделий.

Во время закалки невозможно равномерно охладить образец на всем протяжении. Поверхность всегда остывает быстрее, чем внутренняя часть образца. Следовательно, аустенит будет трансформироваться в диапазоне температур, приводя к возможному изменению микроструктуры и свойств в зависимости от положения в материале.

Успешная термообработка сталей для получения преимущественно мартенситной микроструктуры по всему поперечному сечению в основном зависит от трех факторов:

1. Состав сплава.
2. Тип и характер закалочной среды.
3. Размер и форма образца.

Прокаливаемость: Это способность стали превращаться в мартенсит при определенной закалке. На это напрямую влияет состав сплава стали. Для каждого стального сплава существует определенная взаимосвязь между его механическими свойствами и скоростью охлаждения.Это не «твердость», которая является сопротивлением вдавливанию; скорее, измерения твердости используются для определения степени мартенситного превращения внутри материала.

Закалка: Он включает нагрев стали до определенной температуры ниже температуры аузенита и ее медленное охлаждение. Это вызывает релаксацию кристаллической структуры, тем самым повышая пластичность и снижая твердость до заданных уровней.Конкретная температура отпуска будет варьироваться в зависимости от желаемого результата для стали.

Следующий пример демонстрирует эффективность закалки:

Винты с головкой под торцевой ключ ASTM A193, класс SAE J429 и ASTM A574 изготавливаются из легированных сталей. Фактически, некоторые марки легированной стали могут использоваться для производства любого из трех конечных продуктов. Например, легированная сталь 4140 и 4142.Окончательные механические свойства приведены в таблице.

Крепежные детали из стали AISI 4140 и 4142
Застежка	ASTM A193 B7	SAE J429 Gr. 8	ASTM A574 SHCS
Закалка Темп.	1150 ° F,	800 ° F,	650 ° F,
Предел прочности	125000 фунтов / кв. Дюйм мин. (2 1 \ 2 дюйма и меньше)	150,000 фунтов на кв. Дюйм мин.	180,000 фунтов на квадратный дюйм мин. (через ½ дюйма) 170,000 фунтов на квадратный дюйм мин. (более ½ дюйма)
Выход Прочность	105000 фунтов / кв. Дюйм мин. (2 1/2 дюйма и меньше)	130,000 фунтов на квадратный дюйм мин.	153000 фунтов / кв. Дюйм мин.
Доказательство Прочность	N / A	120,000 фунтов на квадратный дюйм	140,000 фунтов на квадратный дюйм мин. (через ½ дюйма) 135000 фунтов / кв. Дюйм мин. (более ½ дюйма)
Твердость	HRC 35 макс.	КПЧ 33-39	HRC 39-45 (через ½ дюйма) КПЧ 37-45 (более ½ дюйма)

Первоначальный процесс термообработки практически одинаков для всех трех продуктов.Детали подвергаются термообработке до полной аустенитизации, а затем закалке и отпуску в масле. Эта температура отпуска определяет конечный продукт. Более низкая температура отпуска приведет к получению более твердой детали с более высокой прочностью на разрыв для этих легированных сталей. Однако более низкие температуры отпуска также будут означать более низкую пластичность, ударную вязкость и, возможно, более низкую усталостную долговечность.

Отжиг
Это процесс термообработки, используемый для размягчения ранее обработанного в холодном состоянии металла, позволяя ему перекристаллизоваться.Термин отжиг относится к термообработке, при которой материал подвергается воздействию повышенной температуры в течение продолжительного периода времени, а затем медленно охлаждается. Обычно отжиг выполняется для: (1) снятия напряжения (часто возникающего при холодной обработке детали); (2) повышения мягкости, пластичности и вязкости; и (3) создать желаемую микроструктуру.

Любой процесс отжига состоит из трех этапов:

1. Нагрев до нужной температуры
2. Выдержка или «выдержка» при этой температуре
3. Медленное охлаждение, обычно до комнатной температуры

Время является важным параметром в этих процедурах.Он используется, чтобы свести на нет эффекты холодной обработки, которая должна быть смягчена, и увеличить пластичность ранее подвергнутого деформационной закалке металла.

Снятие напряжения
Это процесс, который используется, когда в металлических деталях возникает внутреннее остаточное напряжение в ответ на такую ​​вещь, как холодная обработка. Неспособность удалить это внутреннее напряжение может привести к растяжению и деформации. Термическая обработка с отжигом для снятия напряжения устраняет эти напряжения, нагревая деталь до рекомендованной температуры, выдерживая ее достаточно долго для достижения однородной температуры и, наконец, охлаждая до комнатной температуры на воздухе.

Нормализация
Это термообработка с отжигом, используемая для измельчения зерен и получения более равномерного и желаемого распределения по размерам. Средне- и высокоуглеродистые стали с микроструктурой, содержащей перлит, могут оказаться слишком твердыми для удобной обработки или пластической деформации. Эти стали (и фактически любая сталь) могут быть подвергнуты отжигу для развития структуры сфероидита. Сфероидизированные стали обладают максимальной мягкостью и пластичностью, легко подвергаются механической обработке или деформации.