Презентация на тему "Лекция 4Железоуглеродистые сплавы"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Лекция 4Железоуглеродистые сплавы

  План лекции 4.1. Диаграмма состояния железо-углерод. 4.2. Железоуглеродистые сплавы и их классификация. 4.3. Основные понятия и определения. 4.4. Обозначение (маркировка) сталей и чугунов. 4.5. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

• 
  Слайд 2

  4.1.Диаграмма состояний железо-углерод

  Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации в условиях равновесия .

• 
  Слайд 3

  4.1. Основные компоненты диаграммы состояний железо-углерод

  Железоуглеродистые сплавы – стали (2,14% С) и чугуны (2,14-6,67%С) . Основные компоненты – железо, углерод и соединения железа с углеродом. Железо – это серебристый металл, плотность 7,86 ³ г/см, температура плавления 1539°С. Технически чистое железо содержит 99,85% железа и 0,15-0,2% примесей (армако-железо, производится для электротехнических целей). Прочность чистого железа составляет 25 кг/мм², пластичность порядка 50%. Углерод- неметалл (элемент II периода четвертой группы),атомный номер 6, плотность порядка 2,5 г/см³, атомная масса 12,011,температура плавления 3500°С. Углерод полиморфен, растворим в железе в жидком и твердом состоянии, а также с железом образует химическое соединение Fe3C, цементит (карбид железа); в высокоуглеродистых сплавах может быть в виде графита. Цементит – температура плавления 1300-1600 °С (в зависимости от присутствия примесей тугоплавких металлов: хром, молибден.)

• 
  Слайд 4

  4.1. Диаграмма состояний “железо-углерод”.

  Эвтектика (из жидкости) - мех.смесь. Содержит 4,3% С. Аустенит и цементит перлит и цементит. Твердость  530…550НВ +723- Эвтектоид. Содержит 0,8% С. Мех. Смесь П и Ц образующаяся из тв. раствора. Тв. 180…200НВ Механические смеси Ледебурит Перлит Цементит 4.1.1. Система. Компоненты , фазы и структурные составляющие Ж-У сплавов. (Carboneum), С, неметалл, 0,1% в земной коре, аллотропические видоизменения: алмаз, графит, и аморфный уголь, который используют для выплавки чугуна в виде кокса. Твердый раствор С в Fe: Содержит при ТоС= 1130о –2%С; 723о –0,8%С. Твердость  195НВ. Химическое соединение Fe3C-карбид железа: 6,67%С. 800HB. Магнитен до210оС. Графит ФАЗЫ Металл, Тпл=15390С, 4-аллотрропические формы. Аустенит Железо Углерод Компоненты Структур- наясоставля-ющая Твердый раствор С в Fe:Содержит при ТоС=723о 0,02%С; 20о- 0,006%С. Твердость  80…100 HB. Феррит

• 
  Слайд 5

  Углерод

  Алмаз Графит 1.42kx 3,4 kx

• 
  Слайд 6

  4.1. Диаграмма состояния железо- углерод

  Знание диаграммы железо-углерод необходимо для понимания сущности всех превращений, происходящих в ЖУС при нагреве и охлаждении Превращение из жидкого состояния в твердое (первичная кристаллизация) происходит по линии АСД – линии ликвидуса. Линия АЕСF – линия солидуса. Форма линий показывает, что это диаграмма представлена сочетанием диаграмм типа II (от т. A до т.Е) и типаI (от т. Е до т. F). 3. По линии АС из жидкого расплава начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в γ-Fe, называемого аустенитом (по имени У Робертса-Аустена – английского металлурга) 4. По линии СД из жидкого расплава выпадают кристаллы цементит а 5. В точке С при содержании 4,3% С и температуре 1130°С происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита, образуется их механическая смесь – эвтектика - ледебурит (А.Ледебур –немецкий металлург)

• 
  Слайд 7

  4.1. Диаграмма состояний “ЖЕЛЕЗО -УГЛЕРОД”

  А Ф фп П пц Л г T1 T2 T3 a b = Qжс Qтс Т2 b Т2 а

• 
  Слайд 8

  4.1.Диаграмма состояния железо-углерод

  Превращения в твердом состоянии (вторичная кристаллизация) – происходит при температуре выше 723°С. Линии GSE, PSK и GPQпоказывают, что в сплавах системы в твердом состоянии происходят изменения структуры – вследствие перехода железа из одной модификации в другую и в связи с изменением растворимости углерода в железе. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита – твердого раствора углерода в α-Fe, а по линии SE – вторичного цементита. В точке S при содержании 0,8%С и при 723°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется механическая смесь феррита и цементита –эвтектоид(перлит). Железоуглеродистые сплавы – стали (2,14% С) и чугуны (2,14-6,67%С) . Сталь, содержащая 0,8% С, называется эвтектоидной, менее 0.8% - доэвтектоидной, о т 0,8 до 2,14%С - заэвтектоидной

• 
  Слайд 9

  4.1.1.Фотографии фазовых и структурных составляющих ЖУС

  Феррит

• 
  Слайд 10

  Аустенит (х100;х500/ ВТх100; КТх500)

  Вакуум травление При комнатной температуре д

• 
  Слайд 11

  Цементит

  д ч

• 
  Слайд 12

  Перлит

  Перлит зернистый х450 Нагрев 900оС х800 Изотермич. распад А 710о 670о х800 Сталь с 1,2% С д

• 
  Слайд 13
  

  4.1.2. Количественный анализ доэвтектоидных сталей по их микроструктуре.

  Если на микрорструктуре образца участки перлита занимают примерно 40% всей площади, то содержание углерода в стали может быть определено из пропорции : 100%перлита – 0,8%С, 40% перлит – х %С, откуда %С х = 40·0,8/100 = 0,32%С д

• 
  Слайд 14

  4.2 Железоуглеродистые сплавы и их классификация.

  Стали и сплавы с высоким электросопротивлением и постоянным коэффициентом теплового расширения, а также жаропрочные стали на железоникелевой и никелевой основе Железоуглеродистые сплавы СТАЛИ ЧУГУНЫ Конструкционные углеродистые и легированные Стали и сплавы с особыми свойствами Классы Белые (СЦ) Чугуны с графитом (СГ) 2 вида Серые литейные Ковкие Низколегированные Обыкновенного качества Легированные для деталей машин Инструментальные Автоматные Для подшипников качения Рессорно-пружинные Литейные Коррозионно-стойкие Жаропрочные Жаростойкие Теплоустойчивые Магнитные Двухслойные Для электронагревательных элементов Для приборостроения Строительные Fe-Si-C Б С

• 
  Слайд 15

  4.2.1.Обозначение чугунов

  Чугун  100 марок Основные типы По химическому составу Нелегированные Легированные Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ). (ВЧ 60-2 Как ковк. Ч.;). Модификация Mg и Si. Чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ). Серый чугун (СЧ).(СЧ 25Число предел прочности при растяжении (ППР) кгс/мм2.:) Ковкий чугун (КЧ). (КЧ 30-6 Числа: Первое – ППР=в, второе –отн. удл.=%;)Получают из белого чугуна отжигом (900…9500С прод. 60…80 час.). По назначению Укрупненные группы СЧ - машиностроительные ВЧШГ – повышенная прочность и вязкость С поверхностной твердостью –отбеленный чугун или с поверхностной закалкой. Со специальными свойствами – легированные чугуны Антифрикционные (АЧС,с пластинчатым Гр.; АЧК, с компактным Гр.;АЧВ, с высокопрочным Гр.; АЧС-5; АЧК-2; АЧВ-1 ) Классы БЕЛЫЕ Серые

• 
  Слайд 16

  Ледебурит

  д ч

• 
  Слайд 17

  Чугун

  Шаровидн. Хлопьевидн. Перлит *100 Феррит Междендритный графит Пласт. Графит *100 *400 *500 *250 д Ч

• 
  Слайд 18

  Структура- форма, характер и взаимного расположения фаз в сплаве

  Твердый растворCu-Ni Твердый раствор Cu-Al Твердый растворCu-Zn Сплав Pb – Sb

• 
  Слайд 19

  4.3. Основные понятия и определения

  Заполнить самостоятельно!

• 
  Слайд 20

  4.4. Обозначение сталей и чугунов.

  4Х8В2A(0,35…0,45%С; 7,0..9,0%Cr; 2,0…3,0W) Обыкновенного качества: 3 группы: А(м.с), Б(х.с.) и В(м.с.+доп. х.с.). М-мартеновская (К-конв.)”кп”,”пс”,”сп”. Обозначение напр.:МСт.2кп; ВКСт.3 Инструментальные: углеродистые –0,7…1,3%С(начинаются с У), легированные,быстрорежущие – Р (rapide) Для подшипников качения - Ш Автоматныеначинаются - А Литейные - Л Легированные для деталей машин. Обозначение по буквенно-цифровой системе: цифры – содержание углерода и легирующих элементов, буквы –обозначение легирующих элем. Первые две цифры – С в 0,00%, цифры после букв ср.%легирующ. элемент, если его до 1%, то цифра не ставится. В конце буквы: А-Sи P0,025% каждого, ЭШ – эл.шлаковый переплав и др. Магнитные начинаются с Е, нержавеющие: Х– ЭЖ, а Х-Н – ЭЯ.

• 
  Слайд 21

  2.3. Обозначение сталей и чугунов

  Обыкновенного качества: 3 группы: А(м.с), Б(х.с.) и В(м.с.+доп. х.с.). М-мартеновская (К-конв.)”кп”,”пс”,”сп”. Обозначение напр.:МСт.2кп; ВКСт.3 Легированные для деталей машин. Обозначение по буквенно-цифровой системе: цифры – содержание углерода и легирующих элементов, буквы –обозначение легирующих элем. Первые две цифры – С в 0,00%, цифры после букв ср.% легирующего элемента, если его до 1%, то цифра не ставится. В конце буквы: А-(SиP) 0,025% каждого, ЭШ – эл.шлаковый переплав и др. Магнитные начинаются с Е, нержавеющие: Х– ЭЖ, а Х-Н – ЭЯ. 4Х8В2A (0,35…0,45%С; 7,0..9,0%Cr; 2,0…3,0%W) Автоматныеначинаются - А Инструментальные: углеродис- тые–0,7…1,3%С(начинаются с У), легированные,быстрорежущие– Р (rapide) Литейные - Л Для подшипни-ков качения - Ш

• 
  Слайд 22

  4.5.Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей

  Твердость, вязкость, жаропрочность, износостойкость, коррозионную стойкость, магнитные свойства, жаростойкость и жаропрочность, хладостойкость и др. Содержит кроме FeиСспециально введенные химические элементы (легирующие  ЛЭ) и SiиМnбольше, чем в углеродистых сталях Взаимодействие с FeиСи изменение свойств в необходимых направлениях ЛЭ ЛС 4.5.1. Понятие о легированной стали Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или неизбежных примесей: Mn, Si, S,P, О, N, Н и др., которые оказывают влияние на её свойства. Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления части из них при выплавке (Р,S), переходом в сталь в процессе ее раскисления (Mn, Si) или из шихты – легированного металлолома - (Сr, Ni и др).

• 
  Слайд 23

  4.5.2 Распределение легирующих элементов в стали

  Растворяются в FeиFe3Cпочти все элементы зависит от их свойств в соответствии сих положением в периодической системе (таблице) элементов Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА. Образуют самостоятельные карбиды  левееFeTi,Nb,V, W,Mo,Cr,Mn,и др.Образ. Фазы внедрения МеС (чаще), Ме2С Карбиды не образуют  правееFeNi,Co,Si,Cuи др. Не растворяются в Fe далеко от FeО,В,S. Химические соединения с Fe большинство ЛЭпри большом сод. Не растворяются вFe и не образуют химсоединения с Pb, Ag. Образуют оксиды  Mn,Si,Al,Ni,Ti,Vи др. при раскислении. Взаимодействие ЛЭ с FeиС

• 
  Слайд 24
  

  4.5.3.Влияние основных легирующих элементов на структуру и свойства сталей

  Хром - повышает твердость и прочность, сохраняет вязкость, увеличивает сопротивляемость стали коррозии. Никель – повышает прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, прокаливаемость стали. Вольфрам – образует очень твердые карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость стали. Ванадий - увеличивает плотность стали, измельчает зерно и повышает твердость и прочностью. Кобальт - увеличивает ударную вязкость, жаропрочность и магнитные свойства стали. Молибден – повышает упругость, прочность, красностойкость, коррозионную стойкость и окалийностойкость стали. Медь – усиливает антикоррозионные свойства стали. Титан – увеличивает прочность стали, повышает обрабатываемость и сопротивление стали. Ниобий – повышает сопротивление коррозии. Алюминий – повышает жаростойкость (совместно с кремнием улучшает коррозионную стойкость) Цирконий - позволяет получать мелкозернистую сталь.  

• 
  Слайд 25

  4.5.4. Влияние ЛЭ на свойства Fe(феррита и аустенита)

  к кГм см2

• 
  Слайд 26
  

  Как видно из рисунка, легирующие элементы, растворенные в феррите, повышают его предел прочности, за исключением марганца и кремния при содержании их больше 2,5-3,0%. Наиболее сильно упрочняют феррит кремний., марганец и никель. Остальные элементы сравнительно мало изменяют прочность феррита. Легирующие элементы при введении их в сталь в количестве 1-2% снижают ударную вязкость и повышают порог хладоломкости. Исключение составляют никель, который упрочняет феррит при одновременном увеличении его ударной вязкости и понижением порога хладоломкости.

• 
  Слайд 27

  4.5.5. Растворение легирующих элементов в стали

  Близкие к Feв табл. Менделеева Кристаллич. решетка ЛЭ подобна Fe атом ЛЭ атомFe ЛЭ атом ЛЭ- атомFe  РА Количество ЛЭ Валентность Раство- римость ЛЭ зависит от Крист.реш. ЛЭ одинакова Fe неограниченная растворимостьРА  8% Ограниченная растворимость 8%РА  15% Не образуют растворов и не смешиваются (расплав) РА  20% Твердые растворы замещения (ТРЗ) Полная с FeNi, Co. Ограниченная (ТРЗ)Cr, Mn, V, Si, Mo, W, Ni, Nb, Al, Zr. Хорошо растворяются вА  Ni, Mr, Crи др. Растворимость в Feи Fe атом ЛЭменьше 63% атомFeB, C, N, O, H. Искажение решетки изменение свойств Растворывнедрения

• 
  Слайд 28

  4.5.6. Влияние ЛЭ на полиморфизм Fe, Feи положение критических точек

  Zn, Be, Al, Si,Ti, V, Mo, W Ni, Mn, C, N, Cu. Co А3 Расширяют область существования А (А4, А3) до комнатной t0 C Аустенитные стали (нержавеющие, жаропрочные, немагнитные) 2. Сужают область существования А (А4 , А3 ) Ферритные стали (нержавеющие , трансформаторные, динамные) Две группы ЛЭ 4.5.7. Взаимодействие ЛЭ с С Карбидыдостаточно С Твердые растворынедостаточно С Много КОЭрастворяются в Fe3C образуют спецкарбиды(FeCr)3C; (FeW)3C Растворяют FeCr7C3 до 60% (Cr, Fe)7C3 Карбиды 1-й группы WC, W2C, MoC, Mo2C, VC, TiC Карбиды 2-й группы Карбидообразующие элементы (КОЭ) левее С: Ti, V, W, Mo,Cr, Mn, Feактивность. Карбиды ЛЭ имеют: твердость > Ц, хрупкость

• 
  Слайд 29

  4.5.8. Влияние ЛЭ на превращения А и прокаливаемость.

  Сдвигают S-образные кривые вправо  устойчивый А Некоторые изменяют формуS-образных кривых Снижение влияния ЛЭ на эти процессы:Mo, Mn, Cr,Ni, W, Cu, Si,Al Снижают Мни М к (исключение Со) Увеличивают прокаливаемость Снижают рост зерна(исключение Мn) (по уменьшению влияния: Cr, W, Mo, V, Nb, Ti) Иногда увеличивают твердость при высоком отпуске (Mo, Mn) КОЭ должны быть растворены в А ЛЭ

• 
  Слайд 30

  Задание на дом

  Вопросы для размышления 1. Назовите структурные отличия сплавов типа техническое чистое железо, сталь, чугун. Укажите процентное содержание углерода в этих сплавах. 2. Назовите самую пластичную и самую прочную, твердую структуру ЖУС. 3. Какую структуру имеют ЖУС при комнатной температуре? 4. Из приведенных ниже обозначений ЖУС, определите, какие относятся к сталям, а какие к чугунам: АЧС-2; 35ХГСА; Ст45; ВЧ 120-4; Р6М5; У12; БСт2; Р12Ф2К8М3; СЧ-15; 65ГА; У7А; Ст08кп; ЧН15Д3ХШ. 5. Перечислите не менее десяти наименований применения в быту изделий из ЖУС. 6. Заполните пробел п.4.3. лекции «Основные понятия и определения».