Структуры железоуглеродистых сплавов

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.

Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02 % (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены на рис. 9.2. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита (рис. 9.2, а), при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита (рис. 9.2, б), если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.

Рис.9.2. Микроструктуры технического железа: а – содержание углерода менее 0,006 %; б – содержание углерода 0,006…0,02 %

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита.

Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии.

Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. Микроструктуры сталей представлены на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Микроструктуры сталей: а – доэвтектоидная сталь; б – эвтектоидная сталь (пластинчатый перлит); в – эвтектоидная сталь (зернистый перлит); г – заэвтектоидная сталь (П+Ц_II).

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные, структура феррит + перлит (Ф+П) (рис. 9.3, а); эвтектоидные структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый рис. 9.3 б и 9.3 в); заэвтектоидные (0,8 %<С<2,14 %), структура перлит + цементит вторичный (П+Ц_II), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.

По микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой растворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет.

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.

Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства.

Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.

Микроструктуры белых чугунов представлены на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектический белый чугун (П+Л+Ц_II); б – эвтектический белый чугун (Л); в – заэвтектический белый чугун (Л+Ц_I).

По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические (2,14 %<С<4,3 %), структура перлит + ледебурит + цементит вторичный (П+Л+Ц_II); эвтектические (С=4,3 %), структура ледебурит (Л) (рис. 9.4, б); заэвтектические (4,3 %<С<6,67 %), структура ледебурит + цементит первичный (Л+Ц_I) (рис. 9.4, в).

В структуре доэвтектических белых чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита.

Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита. Однако свойства сталей и белых чугунов значительно различаются. Таким образом, основным фактором, определяющим свойства сплавов системы железо – цементит является их структура.