ЛЕКЦИЯ № 7. Железоуглеродистые сплавы

1. Диаграмма железо-цементит

Диаграмма железо-цементит охватывает состояние железоуглеродистых сплавов, которые содержат до 6,67 % углерода.

Рис. 7. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (сплошные линии - система Fe-Fe ₃ C; штриховые - система Fe-C)

Углеродистые стали - это сплавы железа, содержащие до 2,14 % углерода. Стали, имеющие в своем составе до 0,8 % углерода, называются доэвтектоидными, 0,8 % углерода - эвтектоидными, свыше 0,8 до 2,14 % - заэвтектоидными. Белые чугуны - это сплавы железа, содержащие от 2,14 до 6,67 % углерода.

При содержании от 2,14 до 4,3 % углерода белые чугуны называются доэвтектическими, при 4,3-6,67 % - заэвтекти-ческими. На диаграмме железо-цементит показано состояние этого сплава при первичной и вторичной кристаллизации. Эти процессы характеризуются кривыми АСВ и AECF.

Кривая АСВ - линия ликвидуса - отображает температуры, при которых начинается затвердевание железоуглеродистых сплавов. Кривая AECF - линия солидуса - соответствует температурам, при которых процесс кристаллизации заканчивается. Линия АЕ относится к сталям, а линия ACF - к белым чугунам. Точка А характеризует температуру плавления чистого железа - +1539 °C, а точка В - температуру плавления цементита - +1600 °C. Точка Е соответствует максимальному количеству углерода, которое может быть растворено в аустените при высоких температурах. Точка С указывает на состав эвтектики, она соответствует содержанию в сплаве 4,3 % углерода. Температура образования эвтектики - +1147 °C. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой ее точке происходит образование эвтектики (ледебурита) На линии CF (заэвтектические чугуны) из жидкого сплава выделится тот компонент, который является избыточным по отношению к эвтектике, т. е. цементит. Так как цементит образуется при первичной кристаллизации, его называют первичным. На линии CF возникает эвтектика - ледебурит. Следовательно, в результате первичной кристаллизации за-эвтектические чугуны будут состоять из первичного цементита и ледебурита.

Линия ECF (+1147 °C) называется эвтектической, так как на ней происходит образование механической смеси аустенита и цементита - ледебурита. Ледебурит имеет эвтектический состав, следовательно, его кристаллизация протекает при постоянной температуре +1147 °C. В результате первичной кристаллизации сталь получает структуру аустенита, характеризующуюся хорошей пластичностью и вязкостью. Поэтому такая сталь хорошо поддается обработке давлением при высоких температурах. Белые чугуны имеют в своем составе хрупкий и твердый ледебурит, который исключает возможность их обработки давлением даже при высоких температурах. Линия PSK на диаграмме характеризует температуру. при которой завершаются процессы вторичной кристаллизации. Для сталей, представленных на диаграмме, эта температура равна +727 °C. При температурах ниже +727 °C существенных превращений в сталях не наблюдается, структура, полученная при +727 °C, сохраняется при дальнейшем охлаждении сплава (вплоть до комнатной температуры). Линия PSK называется эвтектоидной. Точка S диаграммы соответствует составу эвтектоида - перлиту.

2. Стали: классификация, автоматные стали

Стали служат материальной основой машиностроения, строительства и других отраслей промышленности. Стали являются основным сырьем для производства листового и профильного проката.

По способу производства стали разделяют на бессемеровскую, конверторную (с продувкой кислородом), мартеновскую, электросталь, тигельную и сталь, получаемую прямым восстановлением из обогащенной руды (окатышей);

по химическому составу - на углеродистые и легированные;

по назначению - на конструкционные, инструментальные, автоматные и стали с особыми свойствами.

Стали всегда содержат различные примеси. Чем меньше вредных примесей, тем выше качество стали. В зависимости от качества различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых.

В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на три группы: А - поставляемые по механическим свойствам, Б - поставляемые по химическому составу и В - поставляемые по механическим свойствам и химическому составу. В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории: группа А - 1, 2 и 3-я; группа Б - 1, 2-я; группа В - 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.

Группа А включает стали следующих марок: Ст 0, Ст 1 кп, Ст 1 пс и т. д. до СТ всп. Буквы "Ст" означают "сталь", цифры от 0 до 6 - условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σ_В и предел текучести σ_Т и уменьшается относительное удлинение. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная (например, Ст 3 кп, Ст 3 пс, Ст 3 сп).

В группу Б входят стали следующих марок: БСт 0, БСт 1 кп и т. д. до БСт 6 кп. Для стали группы Б предусмотрены две категории. В первую категорию входят стали всех марок, содержащие следующие химические элементы: углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, мышьяк, азот. Ко второй категории относятся стали марок от БСт 1 до БСт 6, имеющие в своем составе хром, никель и медь.

В группу В входят стали марок ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4 и ВСт 5. Добавляемые к марке индексы пс, сп и кп означают степень раскисления стали, например: ВСт 3 сп, ВСт 3 гпс и т. д. Буква "г" после номера указывает на повышенное содержание марганца.

Для автоматизированных металлорежущих станков металлургической промышленностью производятся специальные автоматные стали, способные образовывать ломкую, легко сходящую и легко удаляемую стружку. Это стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием. Высокая обрабатываемость таких сталей достигается за счет увеличения содержания серы и фосфора (до 0,35 %), а также введения свинца (до 0,35 %).

Автоматные стали применяются в крупносерийном и массовом производствах. Из них изготовляют детали неответственного назначения для автомобилей и тракторов (крепеж, оси, втулки и др.).

3. Чугуны: белые, серые, высокопрочные, ковкие

Чугун - первичный продукт переработки железных руд путем плавки в доменных печах. В структуре чугунов могут быть разные составляющие в зависимости от того, какая часть углерода оказывается в структурно-свободном состоянии. Это же определяет название чугунов: белый, серый, высокопрочный, ковкий.

Чугун - самый распространенный железоуглеродистый литейный материал, содержащий свыше 2 % углерода, до 4,5 % - кремния, до 1,5 % - марганца, до 1,8 % - фосфора и до 0,08 % - серы. Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения.

Белый чугун представляет собой сплав железа с углеродом в виде карбида железа Fe ₃ C, т. е. углерод находится в связанном состоянии в виде химического соединения - цементита. Содержание углерода в белом чугуне колеблется в пределах от 2,14 до 6,67 %, причем первичная структура белых чугунов может содержать ледебурит, аустенит и первичный цементит. Кроме того, в микроструктуру белых доэвтектических чугу-нов входят перлит, вторичный цементит и ледебурит - при комнатных температурах. При содержании от 2,14 до 4,3 % углерода белые чугуны называются доэвтектическими, при 4,3 % - эвтектическими и при 4,3-6,67 % - заэвтектическими.

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Такое название он получил по серому цвету излома, обусловленному наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. Металлургическая промышленность выпускает одиннадцать марок серых чугунов: СЧ 10 - из него изготавливают детали, для которых прочностная характеристика не является обязательной, - запорную арматуру (вентили, клапаны, задвижки), сковороды, крышки и так далее; СЧ 15, СЧ 18 - из них изготавливают рычаги, шкивы, фланцы, звездочки, корпусные малонагруженные детали.

Высокопрочный чугун получают путем введения магния - до 0,9 % и церия - до 0,05 % в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы.

Высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца. В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. В обозначение их марок входят два числа - первое указывает предел прочности на разрыв, второе - относительное удлинение.

Всего выпускают десять марок высокопрочного чугуна.

Например: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Из высокопрочных чугунов изготавливают многие детали, в том числе фасонные, корпуса и станины станков, гильзы, цилиндры, зубчатые колеса и т. д.

Выпуска 11 марок ковкого чугуна, причем маркируется он по тому же принципу, что и высокопрочный. Ковкие чугуны могут иметь ферритную, перлитную и ферритил-перлитную металлическую основу.

Чугуны ферритного класса КЧ 35-10 и КЧ 37-12 используют для производства деталей, эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках, - картеров, редукторов, ступиц и т. д., а чугуны марок КЧ 30-6 и КЧ 33-8 - для изготовления менее ответственных деталей - хомутов, гаек, вентилей, колодок и т. д.

Автор: Алексеев В.С.

<< Назад: Механические свойства металлов (Деформация и разрушение. Механические свойства металлов. Способы упрочнения металлов и сплавов)

>> Вперед: Способы обработки металлов (Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей. Теория термической обработки. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация. Поверхностная закалка. Химико-термическая обработка: цементация, нитроцементация. Химико-термическая обработка: азотирование, ионное азотирование)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Анестезиология и реаниматология. Конспект лекций

▪ Банковское дело. Шпаргалка

▪ Внутренние болезни. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Помощь другим оказывается важнее личных достижений 31.03.2026 Вопрос о том, что делает человеческую жизнь осмысленной, остается одним из центральных в психологии и философии. Ученые все чаще пытаются понять, какие именно переживания и поступки формируют устойчивое ощущение значимости собственного существования и почему одни жизненные сценарии воспринимаются как "пустые", а другие - как наполненные смыслом. Серия исследований, проведенных Джоффри Фюрером из Университета Восточной Финляндии и Флорианом Кова из Женевского университета, проливает дополнительный свет на этот вопрос. В рамках работы они провели опросы с участием сотен человек в США, предлагая респондентам оценивать вымышленные жизненные истории и определять, насколько содержательной можно считать жизнь их героев. Одним из таких сюжетов была история женщины, которая выиграла в лотерею и решила направить часть полученных средств на благотворительность, помогая людям в разных странах. Несмотря на то что ее успех был связан с личной удачей, большинство участников исследования оценили ее жизнь как осмысленную прежде всего из-за ее стремления приносить пользу другим. Эти результаты подтверждают важную закономерность: ощущение значимости жизни во многом усиливается тогда, когда человек выходит за пределы собственных интересов и оказывает положительное влияние на окружающих. Более того, помощь другим в ряде случаев оказывается более важным источником смысла, чем личные достижения или материальный успех. Ранее в психологической науке чаще всего выделяли три ключевых компонента смысла жизни. К ним относили наличие жизненных целей, ощущение логичности и последовательности жизненного пути, а также убежденность в том, что жизнь в целом имеет ценность. Однако результаты работы Фюрера и Кова показали, что существует еще один важный элемент, который долгое время недооценивался. Этот дополнительный фактор связан с восприятием собственного вклада в жизнь других людей. Участники исследования чаще оценивали свою жизнь как наполненную смыслом, когда их действия приносили пользу окружающим, когда они чувствовали свою включенность в общество или занимались волонтерской деятельностью и заботой о других. Таким образом, исследование демонстрирует, что смысл жизни формируется не только внутри индивидуального опыта, но и через социальное взаимодействие. Даже субъективное ощущение значимости усиливается, когда человек осознает, что его поступки оказывают позитивное влияние на других людей. В повседневной жизни это проявляется в самых разных формах - от волонтерской работы и помощи близким до профессиональной деятельности, которая приносит общественную пользу, и даже небольших добрых поступков. Все это складывается в устойчивое ощущение значимости собственного существования.

Другие интересные новости:

▪ Материал, восстанавливающий нервную ткань электроимпульсами

▪ Глаз-алмаз

▪ Скорость Thunderbolt от Intel достигнет 20 Гбит/с

▪ Флейта, которой девять тысячелетий

▪ Датчик давления Honeywell в SMD-исполнении

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. Подборка статей

▪ статья Плач и скрежет зубовный. Крылатое выражение

▪ статья Сколько галактик видно невооруженным глазом? Подробный ответ

▪ статья Обеспечение водой в пустыне. Советы туристу

▪ статья Изготовление печатных плат (в т.ч. с помощью лазерного принтера). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Воздух толкается. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026