Залізовуглецеві сплави

ЗАЛІЗОВУГЛЕЦЕ́ВІ СПЛА́ВИ — сплави заліза (основа) з вуглецем (від 0,1 до 4,5÷5 %). Залізо при кімнат. т-рі має обмежену роз­чин­ність вуглецю та ін. домішок проникне­н­ня (N, O, H), рівноважна концентрація яких становить соті долі від­сотків. З під­вище­н­ням температури до 723 °С роз­чин­ність вуглецю в ОЦК-залізі (фериті) збільшується до 0,015–0,018 %. Додава­н­ня вуглецю су­проводжується зміною в залізі фазового і структур. станів, які від­ображаються у від­повід. діа­грамах. Існує 2 діа­грами стану, одна з яких належить до стабіл. системи залізо–­графіт, ін. — до мета­стабіл. системи залізо–цементит (карбід Fe₃C). Під час терміч. обробле­н­ня сталей найчастіше за­стосовують мета­стабіл. діа­граму залізо–карбід, яка до­зволяє описувати всі пере­творе­н­ня в процесі на­гріва­н­ня й охолодже­н­ня різних за вмістом вуглецю сплавів. Для описува­н­ня структури чавунів використовують як рівноважну (графіт.), так і мета­стабіл. (цементит.) діа­грами стану. Утворе­н­ня цементиту (вміст вуглецю 6,67 %) у фериті від­бувається внаслідок додава­н­ня вуглецю більше допустимої межі його роз­чин­ності. Особливість цього процесу полягає в тому, що виділе­н­ня цементиту утворюють з феритом евтектоїдну суміш — перліт — з вмістом вуглецю 0,83 %. Зі збільше­н­ням вмісту вуглецю саме до цього значе­н­ня утворюється лише евтектоїдна суміш фериту та цементиту, кількість якої у фериті у ви­гляді колонії перліту зро­стає. При подальшому збільшен­ні вмісту вуглецю до 4,3 % виникає евтектична суміш перліту й цементиту — ледебурит — з т-рою плавле­н­ня 1147 °С. Пере­вище­н­ня евтектич. концентрації (4,3 %) вуглецю су­проводжується під­вище­н­ням вмісту карбід. складової (надлишк. у від­ношен­ні до ледебуриту).

Сплави на основі заліза з вмістом вуглецю до 2 % від­носять до сталей, понад 2 % — до чавунів. Від­повід­но до вмісту вуглецю З. с. поділяють на доевтектоїдні, або феритно-перліт., евтектоїдні, або перлітові, та заевтектоїдні. Сплави з вмістом вуглецю 1,7–2,0 % іноді називають сталистими чавунами, або сталями ледебурит. класу. Це об­умовлено близькістю їх властивостей до заевтектоїд. сталей і чавунів. Серед остан­ніх роз­різняють доевтектичні, евтектичні та заевтектичні (залежно від кількості вуглецю в них від­носно евтектич. концентрації, яка від­повід­ає 4,3 %). Якщо весь вуглець чавуну звʼязаний у цементиті, то його називають білим, з високим ступенем роз­паду цементиту на залізо та графіт — сірим, при проміж. структур. станах — половинчастим. Осн. ви­значал. фактор цієї класифікації полягає у кольоровості в зламі.

Порівняно зі сталями, що містять цементит, структури чавунів різноманітніші й складніші. Вони можуть формуватися від­повід­но до фазових складових, властивих як цементит., так і рівноваж. графіт. діа­грамам залізо–вуглець. Під час виготовле­н­ня тех. вуглец. сталей і чавунів з шихт. матеріалів до їх складу потрапляють різноманітні домішки, які можуть знижувати евтектичну концентрацію вуглецю, здійснювати графітизов. вплив. У чистому ви­гляді синтет. З. с. у промисловості використовують досить рідко через високу вартість їх виробництва й несумірність витрат і якості. Винятком є вироби склад. геометрії, що виготовляються внаслідок значних деформац. впливів. Чисті З. с. за­стосовують пере­важно як модельні під час вибору систем легува­н­ня й оптимізації режимів терміч. та термомех. обробле­н­ня сталей і чавунів. Тех. З. с. використовують як кон­струкц., кон­струкц.-поліпшувані та інструментал. сталі, високовуглец. (>2 % С) сплави, тобто чавуни, як правило, — як кон­струкц. ливарні, інколи — як інструментал. (для обробле­н­ня деяких матеріалів точі­н­ням чи фрезува­н­ням) сплави.

Знач. внесок у роз­виток теор. основ терміч. зміцне­н­ня сталі за допомогою конвектив. методів на­гріва­н­ня зроблено під керівництвом академік НАНУ та РАН Г. Курдюмова. Дослідж. у галузі фізики мета­стабіл. станів у сталях і сплавах виконували укр. вчені наук. школи академік АН УРСР В. Гриднєва. Їхні теор. роз­робле­н­ня втілено під час створе­н­ня високоефект. технологій і устаткува­н­ня для термооб­робле­н­ня з викори­ста­н­ням швидкіс. на­гріва­н­ня широкої номенклатури виробів у авіац., металург., суднобуд. пром-стях і машинобудуван­ні. Ви­вче­н­ням структури, властивостей і технологій виробництва чавунів за­ймалися К. Бунін, академік НАНУ Ю. Таран-Жовнір та їх учні.

Завантажити статтю