Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии

Скачать файл - Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии

Рекомендовано к изданию редакционно — издательским советом Северного Арктического федерального университета имени М. Приведены микроструктуры углеродистых сталей, белых и серых чугунов в равновесном состоянии, а также свойства и применение белых и серых чугунов. Диаграмма состояния сплава железо-углерод рис. Под равновесным состоянием понимается такое, при котором все фазовые превращения, присущие сплаву в данных условиях, полностью завершились, и сплав обладает минимумом свободной энергией. Такое состояние наступает при очень медленном нагреве, охлаждении или длительной изотермической выдержке. Линия PSK — эвтектоидное превращение: Однофазные и двухфазные структуры в сталях К однофазным структурам фазам относятся: Феррит Ф — твёрдый раствор углерода в -железе, решётка — объёмно-центрированный куб ОЦК. Аустенит А — твёрдый раствор углерода в -железе, решётка — гранецентрированный куб ГЦК. При оС аустенит распадается с образованием эвтектоидной феррито-цементитной смеси - перлита. Аустенит пластичен, но прочнее феррита HB … МПа и парамагнитен. Кристаллическая решётка сложная ромбическая типа алмаза. В зависимости от условий охлаждения и формы цементита перлит бывает пластинчатым и зернистым. Перлит с более мелкими частицами или пластинками цементита обладает более высокими прочностными свойствами и меньшей пластичностью. Твёрдость пластинчатого перлита НВ При большом увеличении раз в отдельных зёрнах иногда различается пластинчатое строение перлита. Структура стали в равновесном состоянии с различным содержанием углерода По содержанию углерода стали делятся на: Такое разделение сталей обусловлено особенностями их фазовых превращений в твёрдом состоянии. Цементит, который образуется из жидкой фазы при кристаллизации, называют первичным ЦI. Цементит, который образуется из твёрдой фазы аустенита от до оС на линии SE , называют вторичным ЦII. Цементит, который образуется из твёрдой фазы феррита на линии PQ , называют третичным Ц. Структура технического железа с содержанием углерода Рис. Структура эвтектоидной стали с пластинчатым а Заэвтектоидные стали после упрочняющей термической обработки закалка и отпуск приобретают высокую твердость и износостойкость и, как правило, являются инструментальными. Цементит в таких сталях располагается по границам перлитных зерен колоний в виде светлой сетки рис. Структура заэвтектоидной стали Порядок выполнения работы 1. Вычертить диаграмму состояния железо-углерод на развёрнутом листе бумаги и определить структурный и фазовый состав сплавов, указанных преподавателем. Зарисовать условную структуру доэвтектоидных и эвтектоидных сталей с различным содержанием углерода, указанных преподавателем. Определить содержание углерода в образцах доэвтектоидной стали, указанных преподавателем. Белые чугуны Белыми называют чугуны, в котором весь углерод находится в связанном состоянии. Свое название они получили из-за того, что их излом имеет светлый специфический блеск. Их микроструктура в равновесном состоянии при комнатной температуре полностью соответствует нижней части 'чугунного участка' диаграммы Fe-Fe3C рис. Преобладающей фазой белых чугунов является цементит, поэтому их основные свойства определяются свойствами этой фазы. Поэтому белые чугуны в качестве конструкционного материала для изготовления деталей машин, как правило, не используются. Белые чугуны являются исходным материалом для получения ковких чугунов путем специального графитизирующего отжига. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны — отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна на поверхности, работающие в условиях сильного износа кулачковые валы двигателей, валки прокатных станов. При этом они хорошо обрабатываются резанием. Механические свойства серых чугунов прочность, пластичность, упругость, выносливость, ударная вязкость , как правило, ниже, чем у стали, однако, их относительная дешевизна наряду с более высокими технологическими свойствами, перечисленными выше, позволяют во многих случаях использовать серые чугуны как заменители стали, а иногда они являются единственно возможными для применения материалами. По химическому составу серые чугуны разделяют на нелегированные и легированные. Нелегированные серые чугуны содержат в качестве основных элементов железо Fe , углерод С и кремний Si , а также постоянные примеси — марганец Мn , фосфор Р и серу S. Все эти элементы влияют на условия графитизации, количество графитных включений, структуру металлической основы и, как следствие, на свойства чугуна. Углерод и кремний способствуют графитизации и оказывают определяющее влияние на качество чугуна, изменяя количество графита и литейные свойства. Марганец затрудняет графитизацию, несколько улучшая механические свойства чугуна. Сера и фосфор ухудшают его механические свойства. Серый чугун является своего рода композиционным материалом, состоящим из металлической стальной основы матрицы и графитного наполнителя включений. Графитные включения хорошо видны на нетравленых шлифах при стандартном увеличении Форма пластинчатого графита, а - выделенное из чугуна графитное включение, б - вид пластинчатого графита на микрошлифе Рис. Микроструктура серого чугуна с вермикулярной формой Рис. Микроструктура ковкого чугуна на ферритной а и на перлитной б основе. Область применения Механические свойства серого чугуна в определенной степени зависят от вида металлической основы. При одинаковом виде и величине графитных включений по мере перехода от ферритной матрицы к перлитной прочность и твердость чугуна возрастает, а пластичность падает табл. Примерные механические свойства серых чугунов металлической прочности удлинение Ферритная Перлитная Однако, более серьезное, а порой и решающее влияние на весь комплекс механических свойств, оказывает форма, размеры и количество графитных включений. Такое влияние графита обусловлено тем, что пустоты, образованные графитными включениями, действуют как надрезы и микротрещины, ослабляющие металлическую основу. Причем, чем более крупные и разветвленные графитные включения присутствуют в чугуне, тем в большей степени ослабляется матрица, и возрастает ее склонность к разрушению при растягивающих, изгибающих, ударных и знакопеременных нагрузках. И наоборот, чем меньше и тоньше пластины графита, чем больше они изолированы друг от друга металлической основой, тем выше прочность и, одновременно, пластичность чугуна. Они еще больше возрастают, если форма включений приближается к хлопьевидной или шаровидной табл. Все вышесказанное объясняет основные закономерности изменения механических свойств различных видов серых чугунов и определяет области их применения для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в различных эксплуатационных условиях. Обыкновенный серый чугун СЧ , в структуре которого присутствуют крупные разветвленные графитные включения пластинчатой формы, имеет самый низкий комплекс прочностных и механических свойств и, поэтому, используется для изготовления мало- и средненагруженных деталей машин, не испытывающих значительных растягивающих, знакопеременных и динамических нагрузок и изгибающих моментов. Для повышения статической и динамической прочности ряд марок серых чугунов СЧ СЧ45 подвергают модифицированию, то есть добавляют в жидкий чугун специальные присадки — модификаторы ферросилиций, силико-кальций и, таким образом, измельчают графитные включения. Модифицированный серый чугун используют для ответственных деталей, работающих при высоких нагрузках и в условиях абразивного износа: Ковкий серый чугун КЧ содержит в своей структуре графитные включения хлопьевидной формы и поэтому обладает значительно лучшими прочностными свойствами и более высокой пластичностью по сравнению с обыкновенными серыми чугунами. Этот чугун получают путем специального графитизирующего отжига. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках: Примерные механические свойства серых ферритных чугунов с различной формой графитных включений Пластинчатая Хлопьевидная ковкий чугун Шаровидная Высокопрочный серый чугун ВЧ содержит в своей структуре графит шаровидной формы. Этот чугун получают модифицированием жидкого чугуна магнием или сплавом магния и никеля. Поскольку шаровидный графит является меньшим концентратором напряжений, чем пластинчатый или хлопьевидный, то высокопрочный чугун обладает наилучшим комплексом прочностных и, прежде всего, динамических механических свойств и достаточно высокой пластичностью, что позволяет применять его в различных отраслях техники, эффективно заменяя сталь во некоторых изделиях и конструкциях. Из высокопрочных чугунов изготовляют оборудование прокатных станов, кузнечно-прессовое оборудование, коленчатые валы, поршни и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических знакопеременных нагрузках и в условиях изнашивания. В ряде случаев для улучшения механических свойств и, особенно износостойкости детали из серых и высокопрочных чугунов подвергаются упрочняющей термической обработке: Для стабилизации размеров и формы, а также повышения пластичности отливок из серых чугунов применяют отжиг. Наряду с серыми чугунами общего назначения в машиностроении достаточно широко применяются специальные серые чугуны. Для обеспечения низкого коэффициента трения и высокой износостойкости эти чугуны имеют, как правило, перлитную или ферритноперлитную металлическую основу с большим количеством крупных разрозненных графитных включений и фосфидной эвтектикой Fe3Р. Антифрикционные чугуны, так же, как и серые чугуны общего назначения, могут иметь графитные включения различной формы: Это достигается специальным легированием чугунов хромом, никелем, кремнием, медью при достаточно высоких концентрациях В качестве таких чугунов используются высоколегированные аустенитные чугуны, в частности никелевые: Как разделяют серые чугуны по химическому составу, металлической основе, по форме графитных включений? Какова структура металлической основы чугуна, если весь углерод, входящий в его состав, находится в свободном состоянии? Можно ли только по микроструктуре определить, является ли чугун серым, ковким или высокопрочным? Задний мост грузовых автомашин работает в условиях динамических нагрузок. Какой материал и почему можно использовать для изготовления такой детали: Список рекомендуемой литературы 1 Гуляев, А. М, ИД Альянс, Микроскопический анализ углеродистой стали в равновесном состоянии…………………………….. Структура углеродистой стали в равновесном состоянии Однофазные и двухфазные структуры в сталях…………… Структура стали в равновесном состоянии с различным содержанием углерода………………………….. Механические свойства серых чугунов. Судаков Учебно-методический комплекс по дисциплине Котырло Социально-экономическое развитие Российского и зарубежного Севера Допущено Учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области национальной экономики и экономики труда в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности Национальная экономика СЫКТЫВКАР Социально-экономическое развитие Домань Омск СибАДИ 1 УДК Омский институт водного транспорта филиал ФГОУ ВПО НГАВТ Маркитан Благовещенск г. К 80 Выполнение и защита магистерской диссертации ПАМФИЛОВА Согласовано Заместителем директора Утверждено НИИПиНа при Госплане приказом Минжилкомхоза СССР РСФСР 27 ноября г. Кафедра электроники и микропроцессорных Методические указания одобрены цикловой систем методической комиссией ЭМФ Рецензент кафедра электроники и Козлов Благовещенск Аннотация Настоящий УМКД Насосы и тягодутьевые машины тепловых электростанций: Учебное пособие предназначено для Беляков ОБЩАЯ ЭНЕРЕТИКА конспект лекций Петрозаводск Издательство ПетрГУ 1 УДК Печатается по решению редакционно-издательского совета Петрозаводского государственного университета. Форма 4 заполняется на каждую образовательную программу Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой по блоку общепрофессиональных и специальных дисциплин Иркутский государственный технический университет Теплоэнергетика и теплотехника бакалавриат Тепловые электрические станции Наименование дисциплин, входящих в Количество заявленную образовательную программу обучающихся, Автор, название, место издания, издательство, год НГАВТ - Стр 2 из 5 Данные методические указания выдаются каждому студенту после окончания третьего курса преподавателем во время установочных занятий на следующий курс или методистами Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам. Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам , мы в течении рабочих дней удалим его. Министерство образования и науки Российской Федерации Северный Арктический федеральный университет имени М. Ломоносова Институт энергетики и транспорта Микроструктура сталей и чугунов в равновесном состоянии Методические указания к выполнению лабораторных работ по материаловедению Архангельск Рекомендовано к изданию редакционно — издательским советом Северного Арктического федерального университета имени М. Предназначены для студентов всех специальностей, изучающих курс материаловедения. Структура доэвтектоидных сталей с содержанием углерода: Эвтектоидная сталь имеет перлитную структуру рис. Контрольные вопросы Дать определение стали. Перечислить фазы в железоуглеродистых сталях. Что такое равновесное состояние сплава? В чём различие между твёрдым раствором и химическим соединением? От чего зависит структура углеродистой стали в равновесном состоянии? Определить содержание углерода в стали по её микроструктуре сталь задаёт преподаватель. Описать микроструктуру и назвать марки доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей. Объяснить связь прочностных и пластических характеристик с содержанием углерода в сталях. На каком принципе основан выбор марок сталей для деталей, Присутствие эвтектики в структуре обуславливает высокие литейные свойства чугуна и использование его в качестве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в двух состояниях: В зависимости от этого и различают два основных вида чугуна — белый и серый. Узнайте, что такое Саентология

Изучение структуры и свойств углеродистых сталей в равновесном состоянии

Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей