Остаточные напряжения третьего рода (искажения кристаллической решетки) определяются теоретическими расчетами или экспериментальными рентгенографическими исследованиями и другими методами и обычно характеризуются параметрами: плотностью дислокаций, степенью искажения кристаллической решетки; изменением параметра решетки и степенью дробления кристаллических блоков.
2. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,3% С. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при этой температуре 900°С.
Основными компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо и углерод, которые взаимодействуют, образуя различные фазы: жидкий раствор; твердые растворы – аустенит, феррит; химическое соединение цементит.
Жидкая фаза представляет собой неориентированный раствор железа и углерода, распространяющийся выше линии ликвидус.
Ферритом (Ф) называется твердый раствор углерода в α-железе. Имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,006% при комнатной температуре, максимальную – 0,02 % при температуре 727°С. Углерод располагается в дефектах решетки. При температуре выше 1392°С существует высокотемпературный феррит (δ), с предельной растворимостью углерода 0,1% при температуре 1499°С. Свойства феррита близки к свойствам железа.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727°С, максимальную – 2,14% при температуре 1147°С. В обычных сталях аустенит устойчив только при температуре выше критических точек. При охлаждении, даже самом быстром, с этих температур аустенит превращается в другие структуры. Аустенит – парамагнитная составляющая во всем температурном интервале его существования. Аустенит мягок, хотя тверже феррита (твердость HB = 200…250). Он пластичен (относительное удлинение 40…50% и выше). Превращение феррита и ферритно-цементитной смеси в аустенит сопровождается уменьшением объема.
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом, соответствующее формуле Fe3C с концентрацией углерода 6,67%. Цементит, как фаза, может образовываться из жидкой и твердой фаз при различных температурах. Цементит, выделяющийся из жидкой фазы, называется первичным (ЦI), из аустенита – вторичным (ЦII), а из феррита – третичным (ЦIII). Цементит хрупок, очень тверд (НВ около 800), слабомагнитен до температуры 210°С. Выше этой температуры цементит парамагнитен;
При кристаллизации компоненты (железо и углерод) могут образовывать не только вышеперечисленные фазы (жидкий раствор, твердые растворы и химическое соединение), но и механические смеси. Механическая смесь образуется тогда, при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическое взаимодействие с образованием соединения. Механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или зерен твердого раствора и химического соединения. К механическим смесям, способным образовываться в железоуглеродистых сплавах, относятся:
перлит (П) [Ф+Ц] – механическая смесь (эвтектоид, т.е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Образуется при температуре 727°С в результате разложения аустенита, обладает высокой прочностью (до 800 МПа) и твердостью (НВ 200). Чем мельче включения феррита и цементита в перлите, тем выше показатели его механических свойств. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических свойств сплава;
ледебурит (Л) [А+Ц] – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ 600…700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом.
Диаграмма состояния железо-карбид железа и кривая нагревания заданного сплава представлены на рисунке 1.
Для построения кривой нагревания восстанавливаем перпендикуляр из отметки 3,3% углерода на оси абсцисс до области жидкого состояния сплава.
