Влияние примесей и легирующих элементов на превращения железоуглеродистых сплавов.

Наиболее характерными примесями в железоуглеродистых сплавах являются: фосфор, сера и кислород. Это вредные примеси, которые существенным образом влияют не только на качество сплава, но и его температурное поведение. Так фосфор вызывает хладноломкость стали т.е. повышает её хрупкость при низких температурах. Сера наоборот, вызывает склонность к образованию трещин при высоких температурах, т.е. красноломкость. Наличие кислорода в стали существенно снижает её вязкость, т.е. литейные качества стали. Поэтому предельное содержание фосфора и серы строго ограничивается: для фосфора не более 0,08%,серы не более 0,05%. Для удаления кислорода и повышения вязкости стали в неё вводят раскислители – кремний и марганец в количестве 0,4-0,8%соответственно, растворяясь в феррите, они также упрочняют его.

Во многих случаях для изменения структуры и свойств сталей и чугунов вводят в определённых количествах различные химические элементы, называемые легирующими элементами. Из наиболее широко известных можно отметить такие легирующие элементы как: никель, марганец, медь, хром, ванадий, молибден, вольфрам, кремний, титан и др. Сущность их воздействия заключается в изменении критических точек превращения самого железа (G,А), а также в изменении положения точек S, Е, сдвигая их, как правило, в сторону меньшего содержания углерода рис.3.5 и рис. 3.6. Поэтому границы между структурами в легированных сталях находятся при меньшем содержании углерода. Кроме этого при введении легирующих элементов возможно различное их взаимодействие с железом. Они могут растворяться в феррите или цементите (никель, кобальт, кремний, марганец, хром и др.), образуя твёрдые растворы. Легирующие элементы могут растворяться в цементите или образовывать самостоятельные карбиды. В результате чего свойства сплавов существенно изменяются.

Рис. 3.5. Влияние легирующих элементов на положение точек S и E

Таким образом, мы изучили структуру и основные свойства железа, его аллотропные модификации. Выяснили, что каждый из видов железа может существовать только при определенной температуре. Кроме этого изменяется и растворимость углерода в зависимости от аллотропной модификации железа, при этом образуются все три вида сплавов железа с углеродом, а именно: химическое соединение, твердый раствор и механическая смесь.

Рис. 3.6. Влияние легирующих элементов на твердость (а) и ударную вязкость (б) феррита

Мы познакомились с диаграммой сплавов железо-углерод, рассмотрели ее практическое значение. Определили, что

1) диаграмма позволяет дать четкую и научную классификацию железоуглеродистых сплавов на два класса: стали и чугун;

2) диаграмма позволяет выбирать и обосновывать температурный режим термической обработки деталей машин и заготовок для улучшения механических свойств;

3) диаграмма позволяет вести подбор материалов для замены деталей при их ремонте, а также обосновывать выбор способов восстановления изношенных поверхностей деталей;

4) диаграмма позволяет предсказать структуру и свойства деталей и изделий после воздействия температуры;

5) Диаграмма может быть использована при разработке методики установления очага пожара по изменению структуры металлов.

Получили представление о влиянии примесей и легирующих элементов на превращения в сплавах.

Преподаватель отвечает на вопросы по материалам лекции и объявляет задание на самоподготовку: повторить материалы лекции и самостоятельно проработать вопрос: Аллотропные превращения металлов.