ЧТО ТАКОЕ ЖЕЛЕЗО УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
Фазовые состояния Ж. с. при разных хим. составах и т-рах описываются диаграммами стабильного и метастабильного равновесия (см. Диаграмма состояния железо — углерод). Полиморфные превращения (см. Полиморфизм) таких сплавов связаны с перестройками гранецентрированной кубической решетки гамма-железа и объемноцентрированной решетки альфа- и дельта-железа. Стали подразделяют на доэвтектоидные (менее 0,8% С) с ферритоперлитной структурой (см. Феррит, Перлит в металловедении) в равновесном состоянии, эвтектоидные (около 0,8% С) с перлитной структурой и заэвтектоидные (свыше 0,8% С), структура к-рых состоит из перлита и вторичного цементита.
Доэвтектоидные стали применяют гл. обр. для изготовления деталей машин, агрегатов и конструкций , эвтектоидные и заэвтектоидные стали — для изготовления режущего, штампового и измерительного инструмента . Примеси оказывают заметное влияние на св-ва стали. Так, марганец и кремний (при некоторых содержаниях) упрочняют сталь и понижают ее пластичность. Сера и кислород способствуют красноломкости. Кроме того, сера снижает усталостную прочность о коррозионную стойкость. Фосфор охрупчивает сталь при низких т-рах.
Сера и фосфор улучшают обрабатываемость стали резанием, вследствие чего их вводят в автоматные стали. Наличие в стали азота приводит к деформационному упрочнению холоднодеформированной стали в процессе последующей выдержки при т-рах от комнатной до 250—300° С и к синеломкости малоуглеродистой стали при т-ре 150—300° С. Водород способствует охрупчиванию стали и образованию флокенов.
В зависимости от содержания серы и фосфора различают углеродистые стали обыкновенного качества (щ 0,055% S в 0,045% Р), качественные (не более 0,035% каждого элемента) и высококачественные (не более 0,025% каждого элемента). Из углеродистых сталей обыкновенного качества изготовляют малонагруженные изделия, а также арматуру для железобетонных конструкций из качественных и высококачественных углеродистых сталей — высоконагруженные детали машин и различные инструменты.
Физические и химические свойства сплава
Физико-химические и мех. св-ва сталей улучшают легированием хромом, никелем, молибденом, ванадием, титаном, марганцем, кремнием, вольфрамом, кобальтом, бором и др. элементами. Легированные стали превосходят углеродистые комплексом мех. св-в (конструкционная и инструментальная стали) и специфическими св-вами, к-рых у углеродистых сталей нет или они недостаточно высоки (см. Быстрорежущая сталь, Износостойкая сталь, Жаропрочная сталь, Коррозионностойкая сталь, Магнитная сталь, Электротехническая сталь).
Св-ва большинства углеродистых и легированных сталей улучшают термической обработкой, химико-термической обработкой и термомеханической обработкой. В чугуна х, в отличие от сталей, кристаллизующихся, как правило, в соответствии с метастабильной диаграммой состояния железо — цементит, реализуются как метастабиль-ные, так и стабильные фазовые равновесия, описываемые диаграммой состояния железо — графит. Углерод в чугуне находится в связанном состоянии — в виде цементита или в свободном состоянии — в виде графитных включений . Графит в чугуне образуется непосредственно в процессе кристаллизации сплава или при разложении (диссоциации) цементита в процессе выдержки при высокой т-ре.
Образование графита, особенно в твердом состоянии, происходит при значительных диффузионных перемещениях атомов углерода и железа, вследствие чего кристаллизация чугуна согласно стабильной диаграмме железо — графит возможна лишь в условиях медленного охлаждения. Уже при скорости охлаждения 1 —10 град/мин в чугуне реализуются метастабильные фазовые равновесия в соответствии с диаграммой состояния железо — цементит. Постоянные примеси, содержание к-рых в чугунах выше, чем в сталях, оказывают существенное влияние на процессы первичной кристаллизации и графитизации. Так, кремний и углерод, являясь сильными графитизирующими добавками, способствуют образованию серых чугунов. Марганец и сера — карбидообразующие добавки — обусловливают кристаллизацию белых чугунов.
Структура серых чугунов состоит из металлической основы (феррит, феррит и перлит или перлит) и графитных включений. Мех. св-ва серых чугунов зависят от формы, размеров и взаимного расположения таких включений. Наиболее неблагоприятной, особенно в условиях растягивающих напряжений, является пластинчатая (чешуйчатая) форма графита, создающая эффект надреза. У таких чугунов предел прочности не превышает 44 кгс/мм2. Прочность чугунов повышают модифицированием магнием, церием или кальцием (см. Модифицированный чугун) , в результате к-рого графит приобретает шаровидную форму копрочный чугун с шаровидным графитом). У таких чугунов прочность достигает 120 кгс/мм2. Отжигом белого чугуна получают ковкий чугун, содержащий графитные включения хлопьевидной формы.
По прочности ковкий чугун занимает промежуточное положение между обычными серыми и высокопрочными чугунами, но превосходит их по пластичности. Структура половинчатых чугунов, кристаллизующихся при промежуточных скоростях охлаждения, состоит из ледебуритной эвтектики и графитных включений. Крупные отливки (валки прокатных станов) часто имеют структуру отбеленного чугуна: поверхностные слои — со структурой белого чугуна, внутренние — со структурой серого. Железоуглеродистые сплавы являются основным видом металлической продукции. На их долю приходится прибл. 95% всего мирового производства металла.
Железа сплавы на основе железа
Различают: сплавы железа с углеродом — железоуглеродистые сплавы (стали, чугуны); сплавы железа с углеродом и различными легирующими элементами — легированные стали и легированные чугуны (к этой группе Ж с относятся также практически безуглеродистые спец. сплавы на основе железа— жаропрочные, магнитные и др.); сплавы железа с различными элементами (в основном металлами) — ферросплавы. Ж. с. составляют 95% всей металлической продукции, производимой в мире.
Статья на тему железо углеродистые сплавы