Доэвтектоидные стали. Какие стали называются доэвтектоидными?

На практике сталь предварительного напряжения используется довольно широко, хотя ее прочность ниже, чем у других категорий. Наиболее распространенные области применения — строительство и машиностроение.

Структурные и фазовые превращения в сталях при нагреве и охлаждении.

Она изготавливается путем отжига белого чугуна с графитом и определенным составом по соотношению основных элементов и примесей.

Читайте также: Процессы сварки и пайки

В зависимости от типа термической обработки структура ковкого чугуна может быть ферритной + углеродный отжиг, перлитной или другими продуктами замещения аустенита (сорбит, троозит, троозит-игла, мартенсит и т.д.) + углеродный отжиг.

Ковкий чугун, полученный раскисляющим отжигом с ферритной структурой в поверхностном слое и перлитно-углеродистым отжигом в сердцевине отливки, сегодня утратил свое промышленное значение и больше не рассматривается.

Графитизация белого чугуна достигается путем специальной термической обработки — отжига.

Для получения ферритного и перлитного чугуна с шаровидным графитом отливки отжигают в нейтральной среде; графитизация является основным процессом, в то время как обезуглероживание происходит лишь в ограниченной степени и как побочный продукт.

Отливки отжигаются в защитной атмосфере без внешнего обезуглероживания, а затем покрываются перлитной структурой.

Свойства ферритного ковкого чугуна зависят от содержания углерода и кремния.

В конструкции рекомендуется ограничивать размеры поперечного сечения отливок до 30-40 мм при плавке в двойном процессе ячейковой электропечи и до 20-30 мм при плавке в ячейковой печи. При модифицировании белого чугуна добавками теллура и магния максимальные размеры поперечного сечения отливок могут быть значительно увеличены до 100-120 мм.

Минимальная толщина поперечного сечения отливок из ковкого чугуна варьируется от 2,5 до 8 мм, в зависимости от формы и состава чугуна.

Усадка белого чугуна зависит от содержания в нем углерода.

В таблице 1 приведены значения объемной усадки стали, белого и серого чугуна при перегреве расплавленного сплава до 100 °C, а в таблице 2 — значение линейной усадки в твердом состоянии.

Из-за более высокого модуля упругости и более низкой теплопроводности значения напряжений для отливок из белого чугуна значительно выше, чем для отливок из серого чугуна, и выше, чем для стальных отливок из-за более низкой прочности и теплопроводности. Поэтому при проектировании следует отдавать предпочтение конструкциям без усадки и избегать резких переходов между различными участками отливки, которые вызывают концентрацию напряжений и снижают усталостную прочность.

Таблица 1: Объемная усадка в % сплава.

В жидком состоянии	При затвердевании	Общая
Сталь	1,6	3	4,6
Белый чугун*	2-2,3	4,6-3	6,6-5,3
Серый чугун	2,5	0,9	1,4

* В зависимости от содержания углерода

Таблица 2. Линейная усадка в % сплава

Доперлитная	Перлитная	Полная в твердом состоянии
Сталь	1,2	1	2,2
Белый чугун*	0,3	1	1,3
Серый чугун	0	1	1

Остаточные напряжения в отливках из ковкого чугуна в результате длительной термической обработки значительно ниже, чем в отливках из стали и серого чугуна, и не превышают 0,5 кГ/мм2.

Читайте также: Исследование вязких, хрупких и анизотропных материалов под давлением

Во время термической обработки объем отливок из ковкого чугуна увеличивается пропорционально содержанию углерода (около 50% от величины усадки).

Заэвтектоидные стали

Стали с содержанием углерода от 0,8 до 2 % называются эвтектическими. Микроструктура эвтектической стали при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, которые могут быть расположены в виде светлых зерен или в виде светлой решетки по границам зерен или в виде игл (рис. 3.5).

Доля вторичного цементита в заэвтектоидной структуре стали низкая. Она увеличивается с ростом концентрации углерода и составляет от 3,4 % (при С = 1 %) до 20,4 % (при С = 2 %) от массы сплава. Даже низкое содержание заэвтектоидного цементита в структуре заэвтектоидной стали приводит к значительному увеличению твердости и пластичности по сравнению с заэвтектоидной сталью.

Вторичный цементит в эвтектоидной стали, занимающий небольшую площадь, трудно увидеть на глаз, поэтому содержание углерода в эвтектоидной стали не может быть определено этим методом. Однако можно определить приблизительное содержание углерода в эвтектоидных сталях. Например, тонкие секции могут содержать 90 % перлита и 10 % вторичного цементита. Поскольку мы знаем, что углерод присутствует как в перлите, так и в цементите, мы можем составить уравнение для перлита:

100% p — 0,8% C X1==0,72% C

100% t — 6,67% C X2 = 0,67% C

Cr = Cr1 + Cr2 = 0,72% + 0,67% C = 1,39% C

Железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2% углерода, называются чугуном.

Такая концентрация углерода создает эвтектику в структуре сплавов. Эвтектика характеризуется повышенной хрупкостью и относительно низкой температурой кристаллизации. Именно по этой причине чугун, в отличие от сталей, не нуждается в прокатке, ковке или штамповке и может быть легко залит в формы в сыром состоянии.

В зависимости от скорости охлаждения и содержания примесей при последующей обработке получают белый, серый и ковкий чугун.

Свойства доэвтектоидной стали

Металл представляет собой низкоуглеродистую сталь, поэтому не стоит ожидать высокой производительности. Достаточно сказать, что прочностные свойства этого сплава явно уступают свойствам эвтектоидов. Это связано именно с различиями в структуре. Факт, что доэвтектоидные стали с избытком ферритов имеют более низкую прочность, чем соответствующие стали с цементитом в микроструктуре. По этой причине, в частности, технологи рекомендуют использовать сплавы для конструкционных применений, в которых функция тостирования со смещением феррита была максимизирована.

Лучшие варианты как заделать стык между плиткой и ламинатом. Как соединить ламинат и плитку?

К положительным свойствам этого материала относятся его податливость, устойчивость к естественным процессам биологического разложения и т.д. Кроме того, закалка псевдоэвтектических сталей может придать металлу ряд дополнительных свойств. Например, он может обеспечить повышенную термостойкость и нечувствительность к коррозионным процессам, а также различные защитные свойства, характерные для обычных низкоуглеродистых сплавов.

Что такое доэвтектоидная сталь?

Концепция осажденной стали — это чисто технологический вопрос. Дело в том, что технологи используют специальную таблицу для классификации железоуглеродистых сплавов. На диаграмме есть S-точка, эвтектоид, и в зависимости от того, на какой стороне находится соединение, оно классифицируется. Различают классические эвтектоидные стали, доэвтектоидные стали и гиперэвтектоидные стали с различным содержанием углерода в составе и в присутствии примесей.

Рассматриваемый доэвтектоидный сплав находится слева, как и раньше (отсюда и название), и имеет следующие характеристики:

концентрация углерода до 0,8%;
основные структурные составляющие сталей – феррит и перлит, которые могут иметь разное процентное соотношение между собой и тем самым варьировать насыщенность углерода.

На основании этих двух характеристик мы можем классифицировать сталь в этой группе, и эти характеристики являются решающими для классификации.

Структура стали

Как уже упоминалось, в осажденном железоуглеродистом сплаве есть два основных компонента:

феррит – светлые полигональные зерна, слабо поддающиеся травлению;
перлит – смесь феррита с цементитом, более темные зерна или пластины.

В нормализованных или отожженных сталях эти частицы хорошо видны под микроскопом, поэтому химический анализ сплава не требуется. Кстати, есть еще один интересный нюанс. Оба типа частиц имеют одинаковый удельный вес, поэтому для определения занимаемой поверхности можно использовать долю от общей массы. Положительным моментом является то, что углерод содержится в перлите. Поэтому если вы изучите металл под микроскопом, то сможете сделать приблизительный вывод о содержании углерода. Чем больше темных включений в осажденной стали по сравнению со светлыми, тем выше концентрация углерода. Обратите внимание, однако, что он не должен превышать 0,8 %, иначе такой сплав будет считаться обычным эвтектоидом.

Для легированной стали этот метод определения состава неприменим. Потребуется всесторонний химический анализ.

Микроструктура и гранулометрический состав доэвтектоидных сплавов определяются путем нагрева и охлаждения материала. Технология производства включает химическое разложение аустенита (высокотемпературная модификация железа с ферритом и перлитом в составе) при понижении температуры. Дисперсия соединения зависит от температуры замерзания металла. Соответствующим образом изменяя нагрев и последующее охлаждение, можно получить сталь с определенными свойствами.

Технология производства доэвтектоидных сталей

С технологической точки зрения процесс производства доэвтектоидной стали существенно не отличается от процесса производства других сплавов железа. Это процесс отжига и сглаживания, но он имеет некоторые особенности.

Во-первых, это отжиг. Как уже упоминалось, эта сталь состоит из перлитных и ферритных участков, но при определенной температуре нагрева начинается рекристаллизация ее фаз. Из перлита образуется мелкозернистый аустенит (концентрация углерода остается прежней), в котором затем растворяется избыточный феррит, и так далее. При слишком высокой температуре и слишком длительной выдержке образуется чистый аустенит, который со временем теряет свои качества. Вместо уменьшения зерен для достижения желаемой текстуры происходит набухание и дефектное плавление. Поэтому температура для закалки стали выбирается индивидуально и не должна значительно превышать нормальную температуру. Наиболее важным моментом при обработке доэвтектоидных сплавов является обеспечение распада аустенита при охлаждении металла.

В металлургии различают два типа отжига:

полный, предусматривающий интенсивное нагревание до температуры 700–800 градусов с последующей нормализацией охлаждением. Такой уровень температуры активизирует процесс распада частичек феррита, а скорость охлаждения эффективно регулируется персоналом посредством открытия/закрытия дверцы или программой современной изотермической печи;
неполный отжиг, при котором сталь нагревается до более высоких температур, но обжигается уменьшенный промежуток времени. Таким способом не получается устранить феррит полностью, но сохраняется мягкость структуры материала. Здесь решающую функцию выполняет быстрое падение температуры, скорость которого должная быть больше критической. При содержании углерода свыше 0,3% остужать можно преимущественно водой с включением различных добавок при необходимости.

За отжигом доэвтектоидных углеродистых сталей следует нормализация, которая включает дополнительный нагрев и охлаждение. На этом этапе металл может быть нагрет до 1000 градусов и более, а нормализация начинается сразу после охлаждения на воздухе — после завершения термической обработки. Это делает структуру еще более тонкой. Конечно, только при условии тщательного соблюдения производственного процесса. Благодаря такой обработке можно также увеличить дисперсию металла.

Другой метод может быть использован путем длительного нагрева стали для пропитки с последующим медленным охлаждением в печи или при комнатной температуре на воздухе. Практика показывает, что после завершения полного цикла нормализации получаются продукты лучшего качества.

Доэвтектоидная сталь

Стали, расположенные слева от эвтектоидной точки S на диаграмме железоуглеродистых сплавов. Для углеродистых сталей — это стали с концентрацией углерода до 0,8 %.

В структуре этих сплавов присутствуют феррит и перлит. Под микроскопом эти структурные компоненты можно легко различить по свойствам света.

Феррит является слабо вытравленной фазой, поэтому под микроскопом он всегда выглядит как яркое многоугольное зерно.

Перлит представляет собой механическую смесь феррита и цементита и под микроскопом всегда выглядит как темные зерна.

Соотношение светлых и темных зерен в доэвтектоидных сталях зависит от концентрации углерода. Чем выше концентрация углерода, тем меньше область феррита на изображении микроструктуры и больше область перлита (рис. 1,2,3,4).

Рисунок 1

Рисунок 3

Такая зависимость светлых тонов от концентрации углерода позволяет определить концентрацию углерода в доэвтектоидных углеродистых сталях с достаточной точностью без проведения химического анализа.

Формула для определения концентрации углерода в доэвтектических сталях выглядит следующим образом:

Следует отметить, что данный метод определения концентрации углерода возможен только для углеродистых сталей в отожженном или нормализованном состоянии. Он не применим к легированным сталям.

Сталь 08Х22Н6Т
Сталь 08Х18Т1
Сталь 08Х17Т
Низколегированная сталь
Заэвтектоидная сталь
Дуплексная нержавеющая сталь
Двухфазная сталь

Вам нравится эта статья на sl3d.ru? Поделитесь!

Справка «Инженер-механик. Глоссарий».

Если вы заинтересованы в будущем сайта и чувствуете необходимость продолжать начатую нами работу, мы с радостью примем от вас добровольные пожертвования. Сумма и количество взносов определяются по вашему усмотрению. Все собранные средства будут направлены на развитие проекта. Мы благодарны за каждое пожертвование!

Самое популярное

Таблица допусков и посадок
Доэвтектоидная сталь
Крепление подшипника на валу
Диаграмма состояния сплавов системы Fe–Fe3C
Крепление подшипника в корпусе
Подшипниковая сталь
Отпускная хрупкость
Высокопрочный чугун
Азотирование
Бонка

Новые термины

Ядро точки
Ядерный магнитометр
Явный отказ
Ядро
Ящик инструментальный
Щёточная металлизация
Щелочноземельные металлы
Щелочные металлы
Щелевая печь
Щелочное растрескивание

Характеристики

Структура перлита имеет фундаментальное значение для оценки свойств продукта. Лучше всего обрабатывается осажденная сталь со структурой на основе феррита-перлита. Для сравнения, эвтектоидная и заэвтектоидная сталь легче обрабатывается, если структура образована из зернистого перлита. Если после закалки вместе с мартенситом остается небольшое количество перлита, твердость сплава снижается, а его механические свойства после закалки ухудшаются.

По износостойкости он уступает эвтектоидным соединениям. Потеря также относится к твердости, которая является важным свойством. Однако он имеет преимущество, известное как стойкость к красному сдвигу или, в более общем смысле, стойкость к закалке при нагревании инструмента. При изотермическом превращении аустенит выделяет феррит. Для сравнения, в эвтектоидных сплавах отделяется другой компонент (цементит). После неполного отжига обрабатываемость заготовок может быть улучшена, а после полного отжига, особенно мелкозернистый металл, может стать более пластичным.

Материал состоит в основном из мелких зерен, если он был подвергнут жесткой механической обработке в горячем состоянии. После этого специалисты утверждают, что микроструктура удовлетворительная и отжиг практически не требуется. Однако высокая закалка необходима для улучшения практических свойств и снижения излишней твердости после принудительного охлаждения. Было показано, что закалка при высоких температурах лучше, чем полный отжиг для гипоэвтектоидных сталей. Это оптимизирует возможность резки заготовок.

Прочность гипоэвтектоидного металла может сильно варьироваться. После закалки или закалки при низких температурах она достигает максимума при концентрации кислорода 0,6-0,7%. Если вы закаливаете металл при более высоких температурах, вам придется смириться с меньшей твердостью и снижением прочностных характеристик. С другой стороны, материал становится более пластичным и менее жестким и может лучше выдерживать динамические нагрузки. Это позволяет изготавливать из такого сырья инструменты для обработки мягких материалов, которые подвергаются удару, а не значительному давлению.

Маркировка

Свойства, как уже упоминалось, во многом зависят от структурного и химического состава. Например, сплав на основе зернистого перлита будет иметь более высокую твердость, чем сплав, в составе которого преобладает пластинчатый подтип. Но есть и различия между отдельными классами. Например, углеродистые конструкционные стали нормального класса обозначаются комбинацией символа «St». После этого следует цифра, соответствующая номеру оценки.

Чем выше число, тем тверже и прочнее материал. Недостатком этой марки является меньшая пластичность. Более жесткий сорт используется для производства кровельных материалов и крепежа. Высококачественные марки сплавов маркируются двузначным числом, указывающим содержание углерода в процентах.

Инструментальные стали обозначаются буквой «Y», за которой следует номер кода в десятых долях процента. Для особых свойств в конце оценки добавляется буква «А».

Применение

Как уже упоминалось, доэвтектоидные ферритные стали имеют несколько меньшую прочность, чем другие сплавы. Однако это не мешает им активно использоваться в различных приложениях. Такие материалы используются, например, в машиностроении. В этом случае используется сталь самого высокого качества. Они должны быть тщательно вырезаны и выровнены.

Осажденная сталь также может иметь низкое содержание ферритов. В этом случае он в основном используется для изготовления структурных конструкций и компонентов. Низкая стоимость этих материалов приводит к значительной экономии. Причина проста — механическая прочность требуется не всегда. С другой стороны, требуется износостойкость и эластичность — что делает целесообразным использование эвтектоидных сталей.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Различные комбинации этих элементов приводят к образованию большого количества сплавов, которые можно разделить на три основные группы:

Техническое железо.
Стали.
Чугуны.

Техническое железо относится к материалам, содержащим менее 0,02% углерода. Технические стали — это материалы с содержанием углерода от 0,02 до 2,14 %. Материалы с содержанием углерода более 2,14 % классифицируются как чугун.

Доэвтектоидные стали

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В РАВНОВЕСИИ.

Читайте также. Марки, свойства и типы конструкционных сталей

Узнайте о микроскопическом анализе железоуглеродистых сплавов и изучите микроструктуры углеродистых сталей и чугунов. Эта тема важна для понимания природы железоуглеродистых сплавов (железо, сталь, чугун). Студенты должны иметь глубокое понимание процесса кристаллизации этих сплавов, природы аллотропных превращений и связанных с ними изменений свойств сплавов.

Диаграмму железо-углерод следует изучать по разделам. Во-первых, возьмите верхний угол железа, где образуются дельта-раствор и гамма-раствор (аустенит), и тщательно изучите образование этих растворов при разном содержании углерода и разных температурах. Затем подробно рассмотрите первичную кристаллизацию сплавов с содержанием углерода более 2 % (сплавы чугуна) и вторичную кристаллизацию сплавов.

Здесь необходимо понять, как происходит рекристаллизация аустенита в сплавах с различным содержанием углерода при понижении температуры. Знать структурные составляющие сталей и чугунов (феррит, перлит, аустенит, цементит, лентебурит и т.д.) и указать их положение на диаграмме железо-углерод.

Кроме того, он должен знать классификацию сталей и чугунов по назначению и химическому составу, а также маркировку сплавов по ГОСТу в зависимости от содержания углерода, легирующих элементов и структуры сплавов.

Изучить микроструктуру доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей в отожженном состоянии.
Изучить микроструктуру белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов.
Освоить метод приближенного определения содержания углерода в стали.
Начертить диаграмму состояния железо-цементит.
Сделать выводы по работе.

Оборудование, материалы, инструменты.

Для работы вам понадобятся:

-Альбом с фотографиями микроструктур.

Инструкции по проведению эксперимента.

После изучения диаграмм состояния железо-углерод (железо-цементит) будет проведена лабораторная работа по изучению структурных компонентов железо-углеродистых сплавов. Работу выполняют три группы по 4-5 человек. Каждое рабочее место оборудовано металлографическим микроскопом и серией тонких срезов железоуглеродистых сплавов.

Равновесное состояние сплава — это состояние, при котором все фазовые превращения в сплаве полностью завершены в соответствии с диаграммой состояния. Это состояние возникает только после очень медленного охлаждения. Поэтому основой для определения структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии является диаграмма состояния Fe- Fe3C (рис. 3.1), которая была получена Д.К. Черновым при изучении Fe-Co

Компоненты в системе железо углерод

Аустенит

Атомы помещаются в свечу, при этом лицо центрируется на свече. Твердость аустенита составляет 200 … 250 Бринелля. Он также обладает хорошей пластичностью и парамагнитен.

Читайте также: Проволока из палладий-вольфрамового сплава Гост 26469-85.

Железо

Железо — это материал, относящийся к металлам. Его естественный цвет — серебристо-серый. В чистом виде он очень пластичен. Его удельный вес составляет 7,86 г/куб. см. Температура его плавления составляет 1539 °C. На практике обычно используется техническое железо, которое содержит следующие примеси: Марганец, кремний и многие другие. Массовая доля примесей не превышает 0,1 %.

Железо обладает свойством полиморфизма. Это означает, что при одинаковом химическом составе вещество может иметь различную структуру решетки и соответственно различные свойства. Модификации железа обозначаются как B, D и E. Все эти модификации происходят при различных условиях. Тип B, например, может существовать только при температуре 911 °C. Тип D может существовать при температуре от 911 до 1392 °C. Тип D находится в диапазоне от 1392 до 1539 °C.

Каждый из типов имеет различную форму решетки, например, тип B имеет кубическую решетку, а тип D — кубическую форму с центральной гранью. Решетка типа D имеет форму куба с центром в пространстве.

Еще одно свойство — железо ферромагнитно при температуре ниже 768 °C и теряет это свойство при более высоких температурах.

Точки полиморфного и магнитного превращения называются критическими точками. В таблице они обозначены как A2, A3, A4. Числовые индексы указывают на тип преобразования. Чтобы лучше различать превращение железа из одного типа в другой, к обозначению добавляются индексы c и r.

Полиморфные превращения железа

При высокой пластичности железо не обладает высокой твердостью, которая составляет 80 единиц по шкале Бринелля.

Железо обладает способностью образовывать твердые растворы. Их можно разделить на две группы: решение по замене и решение по внедрению. Первый состоит из железа и других металлов, второй — из железа и углерода, водорода и азота.

Углерод

Другим компонентом системы является углерод. Он является неметаллом и имеет три модификации в виде алмаза, графита и углерода. Он плавится при температуре 3500 °C.

Аллотропные модификации углерода

В сплаве железа этот элемент находится в виде твердого раствора, называемого цементитом, или в виде графита. В таком виде он существует в сером чугуне. Графит не является ни вязким, ни твердым.

Цементит

Содержание углерода составляет 6,67 %. Он имеет высокую твердость 800 НВ, но не очень вязкий. Он не обладает полиморфными свойствами.

Он обладает следующим свойством: при образовании раствора замещения углерод может быть замещен атомами других веществ, например, хрома или никеля. Такой раствор называется легированным.

Он не стабилен и при определенных условиях может разлагаться и превращать углерод в графит. Это свойство нашло применение в производстве чугуна.

Кстати, в жидком состоянии железо может растворять примеси и образовывать однородную массу.