В рассматриваемой системе существуют следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение (цементит).

В рассматриваемой системе существуют следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение (цементит).

Жидкий сплав (Ж. С.) существует выше линии ликвидус ACD. Цементит Fe3C (Ц) — вертикальная линия DEKL. Область феррита (Ф) располагается левее линии GPQ. Область аустенита (А) — AESG.
На диаграмме точка А (1539°С) соответствует температуре плавления железа, а точка D (1600°С) — температуре плавления цементита. Точка С (91 ГС) — температура полиморфного превращения железа а <-> у.
Точка С соответствует предельному содержанию углерода в аустените (2,14 % при температуре 1147°С). При понижении температуры растворимость углерода в аустените уменьшается по линии ES. В точке S она составляет 0,8 % при 727°С.

Точка Р — предельное содержание углерода в феррите 0,02 % при 727°С. При охлаждении до комнатной температуры растворимость углерода в феррите уменьшается по линии PQ до 0,005 %.

При температуре 1147°С жидкий сплав, содержащий 4,3 % углерода, кристаллизуется с образованием эвтектики (механической смеси двух фаз аустенита и цементита). При этом образуется структура ледебурита. Точка С на диаграмме — точка эвтектики, линия ECF — линия кристаллизации эвтектики.

При температуре 727°С аустенит, содержащий 0,8 % углерода, распадается на две фазы — цементит и феррит, т. е. происходит эвтектоидное превращение. При этом образуется структура, называемая перлитом. На диаграмме точка S — точка эвтектоида, линия PSK — линия эвтектоидного превращения.

Применение диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов

Диаграмму состояния сплавов системы железо—цементит применяют для определения режима термической обработки сплава, температуры нагрева металла под ковку и температурного предела ковки, а также температуры плавления, что необходимо для назначения режима заливки жидкого сплава в формы.

Термическая обработка производится путем нагрева металлических сплавов до определенных температур, выдержки при этих температурах и последующего быстрого или медленного охлаждения с целью изменения свойств сплава в желаемом направлении.

Термическая обработка железоуглеродистых сплавов имеет ряд разновидностей, основанных на том, что неустойчивая при низких температурах структура аустенита в зависимости от скорости охлаждения сплава превращается в структуры, обладающие различными свойствами.
Продуктами распада аустенита являются мартенсит, троостит, сорбит и перлит.

Мартенсит — продукт закалки аустенита и его превращения в феррит без выделения углерода из раствора. Поэтому мартенсит — это сильно пересыщенное углеродом α-железо с кпженной кристаллической решеткой. Эго обусловливает высокую его твердость (НВ 600—700) и прочность, повышенную и ость и наличие внутренних напряжений. Эта структура образуется при больших скоростях охлаждения — закалки (180 ÷ сек для углеродистой стали). Мартенсит по своей природе неустойчив и при нагреве до температуры свыше 70° стремится перейти в другие структуры.

Трооститом называется механическая смесь феррита цементита очень высокой степени дисперсности. Твердость троостита НВ 350÷500. Эта структура образуется при скорости закалки углеродистой стали около 80°/сек. Игольчатый троостит иногда называют бейнитом.

Сорбит — это более грубая механическая смесь зерен феррита и цементита, однако достаточно дисперсная. Она с трудом различается под обычным микроскопом. Твердость сорбита 250÷350. Эта структура образуется при скоростях закалки углеродистой стали менее 50°/сек. По сравнению с трооститом copбит имеет более высокую вязкость, а по сравнению с перлитом — большую твердость.

Перлит представляет собой более или менее грубую механическуюкую смесь феррита и цементита. Перлит образуется при малых Коростях охлаждения стали, нагретой до аустенитногосостояния.

Троостит, сорбит и перлит можно получить путем отпуска мартенсита при возрастающих температурах отпуска. В этом случае они имеют отличные, часто более высокие механические свойства, чем при охлаждении аустенита с разными скоростями.

Таким образом, путем изменения режима термической обработки можно получать различные физико-механические свойства и структуры стали. К операциям термической обработки относятся отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг — фазовая перекристаллизация — заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше линии А3, а заэвтектоидной — выше линии Аст (рис. 8) с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Если нагреть сталь выше А1, но ниже, А3 (или Аст), то полной перекристаллизации не произойдет. Tal кая термическая обработка называется неполным отжигом. При отжиге состояние стали приближается к равновесному. Поэтому структура отожженной стали состоит либо из феррита и перлита (доэвтектоидные стали), либо из перлита и вторичного цементита (заэвтектоидные стали).

Рис. 8. Температурные пределы полного отжига, неполного отжига, высокого отпуска и нормализации, нанесенные на участке диаграммы состояния железо — цементит

При нагреве стали до температуры, близкой к линии солидуса АЕ, происходит окисление металла вдоль границ зерен, рпультате чего связь между последними нарушается и механическая прочность катастрофически падает. Такое явление называют пережогом, причем его нельзя исправить какой-либо следующей термической обработкой.

Маркировка сталей и сплавов

Строительные стали.

Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буква К в конце наименования указывает на стали с повышенной коррозионной стойкостью, буква Т - на термоупрочненный прокат, а буква Д - на повышенное содержание меди. Например: С255, С345Т, С 390К, С440Д и т.д.

 

Шарикоподшипниковые стали

ГОСТ 801-78 маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента. Для сталей, подвергнутых электрошлаковому переплаву, буква Ш добавляется также и в конце их наименований через тире. Например: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

 

Автоматные стали

ГОСТ 1414-75 начинаются с буквы А (автоматная). Если сталь при этом легирована свинцом, то ее наименование начинается с букв АС. Для отражения содержания в сталях остальных элементов используются те же правила, что и для легированных конструкционных сталей. Например: А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ

 

Инструментальные стали

Нелегированные углеродистые инструментальные стали

Данные стали в соответствии с ГОСТ 1435-90 делятся на качественные и высококачественные. Качественные стали обозначаются буквой У (углеродистая) и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в стали, в десятых долях процента. Так сталь У7 содержит 0.65 - 0.74% углерода, сталь У10 - 0.95 - 1.04%, а сталь У13 - 1.25 - 1.35%. В обозначения высококачественных сталей добавляется буква А (У8А, У12А и т.д.). Кроме того, в обозначениях как качественных, так и высококачественных углеродистых инструментальных сталей может присутствовать буква Г, указывающая на повышенное содержание в стали марганца. Например: У8Г, У8ГА.

Инструментальные легированные стали

Правила обозначения инструментальных легированных сталей по ГОСТ 5950-73 в основном те же, что и для конструкционных легированных. Различие заключается лишь в цифрах, указывающих на массовую долю углерода в стали. Процентное содержание углерода также указывается в начале наименования стали, в десятых долях процента, а не в сотых, как для конструкционных легированных сталей. Если же в инструментальной легированной стали содержание углерода составляет около 1.0%, то соответствующую цифру в начале ее наименования обычно не указывают. Приведем примеры: сталь 4Х2В5МФ имеет содержание C 0.3 - 0.4%, Cr 2.2 - 3.0%, W 4.5 - 5.5%, Mo 0.6 - 0.9%, V 0.6 - 0.9%, а сталь ХВГ - C 0.9 - 1.05%, Cr 0.9 - 1.2%, W 1.2 - 1.6%, Mn 0.8 - 1.1%.

Быстрорежущие стали

Обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама: В отличие от легированных сталей в наименованиях быстрорежущих сталей не указывается процентное содержание хрома, т.к. оно составляет около 4% во всех сталях, и углерода (оно пропорционально содержанию ванадия). Буква Ф, показывающая наличие ванадия, указывается только в том случае, если содержание ванадия составляет более 2.5%. В соответствии с вышесказанным сталь Р6М5 имеет состав С 0.82 - 0.9%, Cr 3.8 - 4.4%, Mo 4.8 - 5.3%, V 1.7 - 2.1%, W 5.5 - 6.5%, а сталь состава С 0.95 - 1.05%, Cr 3.8 - 4.3%, Mo 4.8 - 5.3%, V 2.3 - 2.7%, N 0.05 - 0.1%, W 5.7 - 6.7% называется Р6АМ5Ф3

Нержавеющие стали

Обозначения стандартных нержавеющих сталей согласно ГОСТ 5632-72 состоят из букв и цифр и строятся по тем же принципам, что и обозначения конструкционных легированных сталей. В обозначения литейных нержавеющих сталей добавляется буква Л.
Приведем примеры:
нержавеющая сталь состава C < 0.08%, Cr 17.0 - 19.0%, Ni 9.0 - 11.0%, Ti 5*C - 0.7% обозначается 08Х18Н10Т, а литейная сталь 16Х18Н12С4ТЮЛ имеет состав C 0.13 - 0.19%, Cr 17.0 - 19.0%, Ni 11.0 - 13.0%, Si 3.8 - 4.5%, Ti 0.4 - 0.7%, Al 0.13 - 0.35%.
В том случае, если стали получены методом электрошлакового переплава, к их наименованиям (также как и для легированных сталей) добавляется через тире буква Ш (06Х16Н15М3Б-Ш). Помимо этого к наименованиям указанных сталей через тире могут добавляться буквы, означающие следующее: ВД - вакуумно-дуговой переплав (09Х16Н4Б-ВД), ВИ - вакуумно-индукционная выплавка (03Х18Н10-ВИ), ЭЛ - электронно-лучевой переплав (03Н18К9М5Т-ЭЛ), ГР - газокислородное рафинирование (04Х15СТ-ГР), ИД - ваккумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ЭП14-ИД), ПД - плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ХН45НВТЮБР-ПД), ИЛ - вакуумно-индукционная выплавка с последующим электронно-лучевым переплавом (ЭП989-ИЛ) и т.д.

 

легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

 

Обозначения компонентов

А азот N К кобальт Co Т титан Ti Б ниобий Nb М молибден Mo Ф ванадий V В вольфрам W Н никель Ni Х хром Cr Г марганец Mn П фосфор P Ц цирконий Zr Д медь Cu Р бор B Ю алюминий Al E селен Se С кремний Si Ч редкоземельные металлы -

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Пример обозначения:

14Г2 – низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.
03Х16Н15М3Б - высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 1 5,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.

Высококачественные и особовысококачественные стали маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву Ш.
Например:

У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;
30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8% до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами ШХ, после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;
ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой Р, следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18 - быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;
Р6М5К5 - быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой А и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);
А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием марганца.

 

Основные марки сталей.

Основные стандарты производства сталей:

углеродистая сталь обычного качества (ГОСТ 380-88);

сталь конструкционная (ГОСТ 1414-75);

углеродистая качественная конструкционная сталь (ГОСТ 1050-88);

инструментальная углеродистая сталь (ГОСТ 1435-90);

легированная конструкционная сталь (ГОСТ 4543-71);

сталь низкоуглеродистая качественная (ГОСТ 9045-80);

В рассматриваемой системе существуют следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение (цементит).

Жидкий сплав (Ж. С.) существует выше линии ликвидус ACD. Цементит Fe3C (Ц) — вертикальная линия DEKL. Область феррита (Ф) располагается левее линии GPQ. Область аустенита (А) — AESG.
На диаграмме точка А (1539°С) соответствует температуре плавления железа, а точка D (1600°С) — температуре плавления цементита. Точка С (91 ГС) — температура полиморфного превращения железа а <-> у.
Точка С соответствует предельному содержанию углерода в аустените (2,14 % при температуре 1147°С). При понижении температуры растворимость углерода в аустените уменьшается по линии ES. В точке S она составляет 0,8 % при 727°С.

Точка Р — предельное содержание углерода в феррите 0,02 % при 727°С. При охлаждении до комнатной температуры растворимость углерода в феррите уменьшается по линии PQ до 0,005 %.

При температуре 1147°С жидкий сплав, содержащий 4,3 % углерода, кристаллизуется с образованием эвтектики (механической смеси двух фаз аустенита и цементита). При этом образуется структура ледебурита. Точка С на диаграмме — точка эвтектики, линия ECF — линия кристаллизации эвтектики.

При температуре 727°С аустенит, содержащий 0,8 % углерода, распадается на две фазы — цементит и феррит, т. е. происходит эвтектоидное превращение. При этом образуется структура, называемая перлитом. На диаграмме точка S — точка эвтектоида, линия PSK — линия эвтектоидного превращения.