Cementīts un ferīts perlīta tēraudos. Perlīts Tērauds, kas sastāv no perlīta un cementīta
Perlīta struktūra savu nosaukumu ieguva no tā, ka pēc kodināšanas tam zem mikroskopa ir pērļu spīdums.
IN perlīta austenīta transformācijas diapazons veidojas perlīta struktūra- mehānisks ferīta un cementīta plākšņu maisījums. Perlīta kristalizācijas kodolu veidošanās ātrums ir atkarīgs no austenīta pārdzesēšanas attiecībā pret cementīta veidošanās līdzsvara temperatūru. Šī hipotermija palielinās, pazeminoties temperatūrai. Saliņu augšana perlīta struktūra galvenokārt ir atkarīgs no oglekļa un dzelzs atomu difūzijas ātruma. Citi izšķirošie faktori ir pārdzesēšanas pakāpe un brīvās enerģijas pieaugums ferīta veidošanās laikā.
Perlīta struktūras veidošanās mehānismi
Perlīta salas aug ne tikai jaunu plākšņu veidošanās dēļ, bet arī veco plākšņu augšanas dēļ visos virzienos. Karbīda plāksnes aug ātrāk nekā ferīta plāksnes. Tomēr process sākas ar ferīta kodolu veidošanos. Perlīta struktūras veidošanās mehānisms joprojām nav pilnībā izprotams. Klasiskais perlīts ir tā saukto perlītu koloniju kopums, kas sastāv no mainīgām paralēlām ferīta un cementīta plāksnēm (1. attēls).
1. attēls - eitektoīds perlīts
Perlīta kodoli galvenokārt parādās bojātās vietās pie graudu robežām, uz nešķīstošiem karbīdiem vai nemetāliskiem ieslēgumiem.
Vissvarīgākā perlīta īpašība ir attālums starp tā plāksnēm - starpplākšņu attālums (2. attēls). Samazinoties šim attālumam, palielinās tērauda stiprības īpašības.
; nosaukumu ierosināja Hovs, un tas attiecas uz perlamutra spīdumu (perlīts atgādina perlamutru). Perlīts ir divu fāžu - ferīta un cementīta (leģētos tēraudos - karbīdu) eitektoīds maisījums. Perlīts– austenīta eitektoīdās sadalīšanās produkts Fe-C sakausējumu lēnas dzesēšanas laikā zem 723°C. Austenīts (γ-dzelzs) pārvēršas par α-dzelzi, kas satur aptuveni 0,02% oglekļa; lieko oglekli izdalās cementīta vai karbīdu veidā.
Perlīta struktūra
Atkarībā no formas ir slāņveida Un granulēts perlīts. Lamelārā perlīta struktūra parādīta pirmajā attēlā, granulētā perlīta struktūra parādīta otrajā attēlā.
Izkliedētas perlīta šķirnes dažreiz sauc par sorbītu un troostītu.
Tādējādi perlīts, sorbīts un troostīts ir struktūras ar vienādu raksturu (ferīts + cementīts), austenīta sadalīšanās produkti, kas atšķiras ar ferīta un cementīta izkliedes pakāpi.
Granulēts perlīts un lamelārais perlīts
Perlīta struktūras var būt divu veidu: lamelāras un granulētas. Granulētajā perlītā cementīts ir atrodams graudu veidā. Lamelārajā perlītā cementīts ir sastopams plākšņu veidā (sk. attēlu).
ICM (www.site)
Homogēns (viendabīgs) austenīts vienmēr pārvēršas par lamelārais perlīts. Karsēšana līdz augstai temperatūrai, kad tiek radīti apstākļi viendabīgākas struktūras veidošanai, veicina slāņveida struktūru rašanos. Neviendabīgs austenīts visās pārdzesēšanas pakāpēs dod granulēts perlīts. Sildot līdz zemai temperatūrai, veidojas granulēts perlīts (hipereutektoīdajam tēraudam zem A C3; kritiskais punkts A C3 ir sekundārā cementīta šķīšanas beigas austenītā). droši vien, granulēta cementīta veidošanās veicina to, ka daļiņas paliek neizšķīdušas austenītā, kas ir papildu kristalizācijas centri.
Sākotnēji tēraudu uzkarsējot līdz 900°C, tika iegūts slāņains perlīts, ar zemāku temperatūru nodrošinot izkliedētāku struktūru. Tajā pašā tēraudā pie tādām pašām transformācijas temperatūrām, bet pēc zemas karsēšanas (780°) tika iegūts granulēts perlīts.
Cementīta graudu izmērs perlītā ir atkarīgs no austenīta transformācijas temperatūras, un cementīta forma perlītā ir atkarīga no sildīšanas temperatūras (vai austenitizācijas temperatūra).
Perlīta īpašības
Perlīta īpašības atkarīgi no cementīta graudu veida, izmēra un formas, attāluma starp plāksnēm, kā arī citiem faktoriem. Lamelārā perlīta stiepes izturība ir 80 kg/mm, relatīvais pagarinājums ir 10-12%. Granulētā perlīta izturība un cietība ir nedaudz mazāka, bet tā plastmasas īpašības ir augstākas. Pateicoties α-dzelzs, perlītam ir magnētiskas īpašības.
Perlīta cietība
Vērtības perlīta cietība, atkarībā no struktūras un dispersijas pakāpes, var atšķirties no Kad perlīta struktūra ir vairāk izkliedēta, tā cietība palielinās. Cietības atkarība no dažādu perlīta konstrukciju starpplākšņu attāluma (S) ir parādīta tabulā:
Perlīta cietības vērtības no dažādiem avotiem: lamelārā perlīta cietība 180-230 HB, granulētā perlīta cietība 160-190 HB.
Paplašināts perlīts
Perlītu sauc arī par skābo vulkānisko stiklu ar smalku struktūru, pa kuru tas sadalās mazās bumbiņās, dažkārt iegūstot pērļu spīdumu. Šāda uzpūsta perlīta sastāvs,%: SiO 2 65-75; Al 2 O 3 10-15; Fe 2 O 3 1,5-2,5; CaO 1,5-2,5; MgO 1,5-2,0. Paplašināts perlīts satur līdz 3-6% konstitucionālā (saistītā) ūdens. Ātri karsējot, šajā perlītā esošais ūdens iztvaiko, uzbriest iezi, palielinoties tilpumam līdz 10-20 reizēm. Pietūkuma temperatūra 850-1200°C. Izpūstā perlīta tilpuma masa ir 70-600 kg/m 3, kas ļauj to izmantot kā vieglu pildvielu siltumizolācijas izstrādājumos.
Uzpūsts perlīts galvenokārt tiek izmantots būvniecībā: efektīva apmetuma, ķieģeļu un bloku ražošanā no mākslīgā perlīta akmens (kura priekšrocības ir mazs svars un apstrādes vienkāršība), kā skaņu izolējošu pildvielu, izolāciju utt. Turklāt uzpūsts perlīts tiek izmantots lauksaimniecībā un ne tikai.
Lit.:
Galvenās sastāvdaļas, no kurām atkarīga dzelzs-oglekļa sakausējumu struktūra un īpašības, ir dzelzs un ogleklis. Tīra dzelzs ir sudrabbalts metāls ar kušanas temperatūru 1539 °C. Dzelzs satur divus polimorfus: ) . Modifikācija pastāv temperatūrā, kas zemāka par 911 °C un augstāka par 1392 °C; gamma dzelzs – 911-1392 °C temperatūrā. Atkarībā no temperatūras un oglekļa koncentrācijas dzelzs-oglekļa sakausējumos (tēraudos un čugunos) veidojas šādas cietās fāzes: ferīts, austenīts, cementīts, grafīts.
1. ferīts(F) – ciets oglekļa interkalācijas šķīdums alfa dzelzī.
Alfa dzelzs ir bcc struktūra, kas ir stabila līdz 911 °C. Visaugstākā oglekļa šķīdība alfa dzelzē ir 0,02% 727 °C temperatūrā. Temperatūrai pazeminoties, samazinās arī oglekļa šķīdība, un istabas temperatūrā tā ir 0,005 masas%. Šī iemesla dēļ ferītu sauc par tehniski tīru dzelzi, tam ir zema cietība (HB = 80-100) un izturība (stiepes izturība = 250 MPa), bet augsta elastība (relatīvais pagarinājums līdz 50%, relatīvā kontrakcija līdz 80%). .
Temperatūrā no 1392 °C līdz 1539 °C dzelzs ir arī bcc struktūra - tas ir delta dzelzs. Oglekļa interkalācijas cieto šķīdumu delta dzelzī sauc augstas temperatūras ferīts.
2. Austenīts(A) – ciets intersticiāla oglekļa šķīdums gamma dzelzē.
Austenītam ir fcc struktūra. Dzelzs-oglekļa sakausējumos austenīts var pastāvēt tikai augstā temperatūrā. Gamma dzelzē ogleklis šķīst daudz labāk nekā alfa dzelz; maksimālā oglekļa šķīdība gamma dzelzē ir 2,14% un tiek novērota 1147 ° C temperatūrā. Temperatūrai pazeminoties, oglekļa šķīdība 727 °C temperatūrā samazinās līdz 0,8%. Austenīta cietība ir HB = 160-200, un tas ir ļoti plastisks (relatīvais pagarinājums 40-50%), kas novērots tēraudos temperatūrā no 727 ° C.
3. Cementīts(C) ir ķīmisks dzelzs un oglekļa savienojums (dzelzs karbīds Fe 3 C). Cementīts satur 6,67% oglekļa. Cementīta kušanas temperatūra ir aptuveni 1600 °C. Tas ir ļoti ciets (HB apmēram 800 vienības), trausls un praktiski nav elastīgs. Ir primārais, sekundārais un terciārais cementīts. To atšķirības slēpjas to izcelsmē:
- primārais cementīts veidojas no šķidra kausējuma dzelzs-oglekļa sakausējumu kristalizācijas laikā (CD līnija),
- sekundārais cementīts izkrīt no austenīta (sakarā ar oglekļa šķīdības samazināšanos austenītā ar temperatūras pazemināšanos - SE līnija)
- terciārais cementīts izkrīt no ferīta, pazeminoties temperatūrai (sakarā ar oglekļa šķīdības samazināšanos ferītā ar temperatūras pazemināšanos - līnija PQ)
Cementīts ir nestabila metastabila fāze. Sildot un ilgstoši turot, cementīts sadalās ferītā (alfa dzelzs) un grafītā (Fe 3 C -> 3Fe + C).
4. Grafīts– tīrs ogleklis ar sešstūrainu slāņainu struktūru. Grafīts ir ļoti mīksts (HB = 3) un tam ir zema izturība. Čugunā un grafitizētajā tēraudā tas sastopams dažādu formu (plāksnveida, pārslveida, sfērisku) ieslēgumu veidā. Mainoties grafīta ieslēgumu formai, mainās sakausējuma mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības.
Papildus četrām iepriekš minētajām fāzēm dzelzs-oglekļa sakausējumu struktūra satur vēl divas neatkarīgas konstrukcijas sastāvdaļas: perlītu un ledeburītu.
5. Perlīts(P) – mehānisks ferīta un cementīta maisījums, kas satur 0,8% oglekļa.
Perlīts veidojas no austenīta, kad to atdzesē līdz temperatūrai, kas zemāka par 727 °C. Tādējādi perlīts ir eitektoīds. Perlīts var būt slāņains un granulēts (lodveida), kas ir atkarīgs no cementīta formas un nosaka perlīta mehāniskās īpašības. Istabas temperatūrā granulēta perlīta stiepes izturība ir 800 MPa, relatīvais pagarinājums ir 15%, un cietība HB = 160.
6. Ledeburīts(L) – mehānisks austenīta un cementīta maisījums (L = A + C), kas satur 4,3% oglekļa.
Ledeburīts veidojas no šķidra kausējuma 1147 °C temperatūrā. Tādējādi ledeburīts ir pēc būtības eitektisks. Ledeburīts veidojas, šķidram kausējumam sacietējot 1147 °C temperatūrā. Ledeburīta cietība ir HB = 600-700 HB un liels trauslums. Ledeburīts tiek novērots čuguna struktūrā, tēraudā tas veidojas tikai ar lielu skaitu leģējošu elementu un oglekļa saturu vairāk nekā 0,7%.
Kad ledeburīts tiek atdzesēts līdz 727 ° C temperatūrai, tā sastāvā esošais austenīts kļūst nestabils un sadalās, pārvēršoties perlītā. Tādējādi temperatūrā zem 727 °C un līdz 20 °C ledeburīts ir mehānisks perlīta un cementīta maisījums.
| ferīts | Austenīts | Cementīts | Grafīts | Perlīts | Ledeburīts | |
| Esence | oglekļa intersticiāls ciets šķīdums alfa dzelzī | oglekļa intersticiāls ciets šķīdums gamma dzelzē | dzelzs un oglekļa ķīmiskais savienojums | tīrs ogleklis | ferīta un cementīta mehāniskais maisījums | mehānisks austenīta un cementīta maisījums |
| Apzīmējums | Ф vai -Fe(C) | A vai -Fe(C) | C vai Fe 3 C | G | P = F + C = Fe? (C) + Fe 3 C |
L = A + C = Fe? (C) + Fe 3 C |
| Cietība HB | 80-100 | 160-200 | 800 | 3 | 160 | 600-700 |
| Oglekļa saturs | līdz 0,02% | līdz 2,14% | 6,67% | 100% | 0,8% | 4,3% |
Dzelzs-oglekļa sakausējumu fāzes un strukturālās sastāvdaļas
Papildus uzskaitītajām strukturālajām sastāvdaļām dzelzs-oglekļa sakausējumos var būt nevēlami nemetāliski ieslēgumi: oksīdi, nitrīdi, sulfīdi, fosfīdi - savienojumi ar skābekli, slāpekli, sēru un fosforu.
PERLĪTS– oglekļa un leģētā tēraudā un čugunā esošā strukturālā sastāvdaļa, kas rodas eitektoīdās transformācijas laikā ( cm METĀLA ZINĀTNE FIZISKĀ) saskaņā ar dzelzs-oglekļa fāzes diagrammu. Perlīts sastāv no divām fāzēm - ferīta un cementīta, ferīts ir dzelzs ar ļoti mazu oglekļa daudzumu (līdz 0,03%), bet cementīts ir ķīmisks savienojums Fe 3 C, kas satur 6,67% C pēc svara. Vidējais oglekļa saturs perlītā ir 0,8% C, un tēraudu ar pilnībā perlīta struktūru, kas satur 0,8% oglekļa, sauc par eitektoīdu. Ja oglekļa saturs ir mazāks par 0,8%, tērauds sastāv no perlīta un ferīta, ja oglekļa saturs ir lielāks par 0,8%, tas sastāv no perlīta un saskaņā ar dzelzs-oglekļa fāzes diagrammu.
Metalogrāfiskajos pētījumos tiek pētīts metāla virsmas posms (metalogrāfiskais griezums), kas tiek pakļauts slīpēšanai, pulēšanai un ķīmiskai kodināšanai ar īpaši izvēlētiem reaģentiem. Cementīta ķīmiskā aktivitāte ir lielāka nekā ferīta, tāpēc mikroskopā stipri iegravēti cementīta laukumi šķiet melni, bet ferīta vietas paliek gaišā krāsā.
Perlītam parasti ir lamelāra struktūra, katrs perlīta graudiņš sastāv no paralēlām ferīta un cementīta plāksnēm, kuru platums ir mikrona desmitdaļas. Plākšņu garums atbilst metāla graudu izmēram, un plāksnes iet no vienas graudu robežas uz otru. Ja šādu tilpuma slāņveida struktūru šķērso plānas sekcijas plakne un pakļauj kodināšanai, tad uz tās virsmas parādās vieglu ferīta un plānu cementīta sloksņu joslu struktūra. Ar dažādu termisko apstrādi sloksņu platums (attālums starp plāksnēm) var atšķirties, cementīta sloksņu platums ir 7 reizes mazāks nekā ferīta sloksnēm. Ilgstoši pakļaujoties augstā temperatūrā, ferīta un cementīta graudi var pārveidoties no slāņainas formas uz noapaļotu, un metalogrāfiskajā griezumā uz lielu ferīta graudu fona tiek novēroti mazi, tumši, noapaļoti cementīta graudi.
Perlīts ir augstas temperatūras fāzes - austenīta - eitektoīdas transformācijas produkts sakausējumu termiskās apstrādes laikā. Austenīts, atdzesējot 723°C temperatūrā, sadalās ferītā un cementītā. Perlīta transformācija vienmēr sākas pie austenīta graudu robežām. Lai rastos jaunas fāzes daļiņas, ir jāizveido zonas ar zemu un augstu oglekļa koncentrāciju. Sākotnējais austenīts satur 0,8% oglekļa, un transformācijas rezultātā veidojas ferīts, kas praktiski nesatur oglekli, un cementīts ar 6,67% oglekļa. Lai izskaidrotu šos procesus, ir piedāvāts fluktuācijas mehānisms, saskaņā ar kuru oglekļa atomi ar augstu difūzijas mobilitāti augstās temperatūrās var izveidot zonas ar paaugstinātu oglekļa koncentrāciju. Šis process ir enerģētiski labvēlīgs, un cementīta kodols izaug līdz kritiskajam izmēram.
ferīts(no latīņu ferrum — dzelzs), dzelzs sakausējumu strukturālā sastāvdaļa, kas ir ciets oglekļa un leģējošu elementu šķīdums a-dzelzs. Kristāla režģis ir uz ķermeni centrēts kubs (BCC). Oglekļa šķīdība ferītā ir 0,02-0,03% (masas) 723 °C temperatūrā, bet istabas temperatūrā 10-6-10-7%. Leģējošu elementu šķīdība var būt ļoti nozīmīga vai neierobežota. Ferīta sakausēšana vairumā gadījumu noved pie tā nostiprināšanas. Neleģētais ferīts ir relatīvi mīksts, elastīgs un ļoti feromagnētisks līdz 768–770 °C. Ferīta mikrostruktūra, graudu izmērs un apakšstruktūra ir atkarīga no tā veidošanās apstākļiem polimorfās g ® a transformācijas laikā. Ar nelielu pārdzesēšanu veidojas aptuveni vienādi, daudzskaldņu graudi; pie lielas pārdzesēšanas un leģējošu elementu (Cr, Mn, Ni) klātbūtnes ferīts parādās atbilstoši martensīta mehānismam un rezultātā tiek nostiprināts. Austenīta graudu rupjība bieži noved pie Widmanstätten ferīta veidošanās dzesēšanas laikā (sk. Widmanstätten struktūru), īpaši lietajos un pārkarsētajos tēraudos. Hipoeutektoīda ferīta nogulsnēšanās notiek galvenokārt austenīta graudu robežās. Temperatūrā virs 1390 °C dzelzs-oglekļa sakausējumos veidojas ciets oglekļa šķīdums d-dzelzs, kuram ir arī kristāliskais režģis (bcc); oglekļa šķīdība d-dzelzs ir 0,1%. Šo fāzi var uzskatīt par augstas temperatūras ferītu Skatīt arī Dzelzs-oglekļa sakausējumus.
Cementīts, dzelzs karbīds Fe3C, dzelzs-oglekļa sakausējumu fāzes un strukturālās sastāvdaļas. Cementītam ir ortorombisks kristāla režģis, tas ir ļoti ciets un trausls un vāji magnētisks līdz 210 °C. Cementīts ir metastabila fāze; stabilas fāzes - grafīta - veidošanās daudzos gadījumos ir sarežģīta. Cementīts tiek atdalīts no kausējuma, no austenīta un ferīta. Atkarībā no kristalizācijas un turpmākās apstrādes apstākļiem, Cementītam var būt dažādas formas - vienādaina graudi, režģis gar graudu robežām, plāksnes, kā arī Vidmanštetes struktūra. Cementīts ir tērauda un čuguna konstrukciju sastāvdaļu - ledeburīta, perlīta, bainīta, rūdīta sorbīta - neatņemama sastāvdaļa.
Austenīts, viens no dzelzs-oglekļa sakausējumu strukturālajiem komponentiem, ciets oglekļa šķīdums (līdz 2%) un leģējošo elementu dzelzs (sk. Dzelzs). Austenīts tika nosaukts angļu zinātnieka V. Robertsa Ostina (1843-1902) vārdā. Kristāla režģis ir kubs ar centrētām malām. Austenīts ir nemagnētisks, tā blīvums ir lielāks nekā citām tērauda konstrukcijas sastāvdaļām. Oglekļa tēraudā un čugunā austenīts ir stabils virs 723°C. Tērauda dzesēšanas procesā austenīts pārvēršas par citām konstrukcijas sastāvdaļām. Dzelzs-oglekļa sakausējumos, kas satur ievērojamus daudzumus niķeļa, mangāna un hroma, austenītu var pilnībā saglabāt pēc atdzesēšanas līdz istabas temperatūrai (piemēram, nerūsējošajos hroma-niķeļa tēraudos). Atkarībā no tērauda sastāva un dzesēšanas apstākļiem austenīts var daļēji saglabāties oglekļa vai leģētajos tēraudos (tā sauktais saglabātais austenīts).
Martensīts, kristālisku cietvielu struktūra, kas rodas bezdifūzijas polimorfās transformācijas rezultātā pēc atdzesēšanas (sk. Martensīta transformāciju). Nosaukts vācu metalurga A. Martensa (1850-1914) vārdā. Režģa deformācijas rezultātā šīs transformācijas laikā (tā sauktā kooperatīvā bīde) uz metāla virsmas parādās reljefs; Tilpumā rodas iekšējie spriegumi un plastiskā deformācija, kas ierobežo kristāla augšanu. Augšanas ātrums sasniedz 103 m/sek un nav atkarīgs no temperatūras, tāpēc martensīta veidošanās ātrums parasti ierobežo kristālu kodolu veidošanos. Iekšējo spriegumu pretdarbība izspiež kristālu kodolu krietni zem fāžu termodinamiskā līdzsvara punkta un var apturēt transformāciju nemainīgā temperatūrā; Šajā sakarā izveidotā martensīta daudzums parasti palielinās, palielinoties pārdzesēšanai. Tā kā elastības enerģijai jābūt minimālai, martensīta kristāli ir plākšņu formā (uz plānas daļas - adatas), kas ir pareizi orientētas attiecībā pret sākotnējo režģi. Iekšējos spriegumus mazina arī plastiskā deformācija, tāpēc kristālam ir daudz dislokāciju (līdz 1012 cm-2) vai arī tas ir sadalīts dvīņos 10-100 nm biezumā (100-1000). Intragrain robežas un dislokācijas stiprina martensītu. Martensīts ir tipisks zemas temperatūras polimorfo pārvērtību produkts tīros metālos (Fe, Co, Ti, Zr, Li u.c.), cietos šķīdumos uz to bāzes, intermetāliskajos savienojumos (piemēram, CuZn, Cu3Al, NiTi, V3Si). , AuCd).
Martensīts tēraudā ir pārsātināts Fe-C šķīdums, ko iegūst, sacietējot no austenīta. Oglekļa atomu sakārtotais izvietojums (martensīta bīdes rezultātā) pārveido uz ķermeni centrēto a-dzelzs režģi no kubiskā uz tetragonālu. Tās izkropļojumi ap iegultajiem atomiem izraisa sacietēšanu. Tetragonalitāte un sacietēšana palielinās līdz ar oglekļa koncentrāciju (cietība līdz 1000 HV). Oglekļa martensīts ir lielākās daļas augstas stiprības tēraudu galvenā konstrukcijas sastāvdaļa. Atlaidināšanas laikā mainās oglekļa koncentrācija cietajā šķīdumā un martensīta apakšgraudu struktūra, ko izmanto, lai palielinātu tērauda elastību. Ogleklis ir vissvarīgākais martensīta stiprības faktors tēraudā; bezoglekļa martensīta tērauda stiprība ir saistīta ar intermetālu savienojumu nogulsnēšanos novecošanas laikā (sk. Metālu novecošana). Fe-C martensīta kā intersticiāla šķīduma fizisko būtību, tā augstās stiprības izcelsmi, mehānisma būtību un martensīta veidošanās kinētiku noteica Ģ.V.Kurdjumovs.
