В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).

Ледебурит является механической смесью аустенита и цементита, образующихся при 1147°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высо­кими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.

Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталях -карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):

s=800...900 МПа;

d< 16%;  НВ 180..,220.

Диаграмма состояния Fe - Fе3С  является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).

Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.

Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).

В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1147°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь ледебурит ЖС(4.47%C) AE(2.14%C)+ЦF(6.67%C), Ж4.3 Л4.3(ледобурит)

Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны).

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,14%С).

В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита AGSФGP  , а по линии SE АESЦII.вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS -нижних критических точек.

Линия PQ при охлаждении отвечает температурам начала выделения из феррита цементита третичного в результате уменьшения растворимости С в феррите с понижением температуры при нагреве обратный процесс ФPQ ЦIII.

В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.

В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 727°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - перлит.

Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита

AS(0.8%C) ФP(0.02%C)+ЦК(6Ю67%С)

А(0.8) П(0.8)перлит

В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.

Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).

Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на графике пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).

На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):

стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;

чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.

В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие на­звания:

менее 0,83 - доэвтектоидные стали;

0,83 - эвтектоидные стали;

0,83...2 - заэвтектоидные стали;

2...4,3 - доэвтектические чугуны;

4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.

Сплавляя железо с углеродом и варьируя содержание компонентов, получают сплавы с различными структурой и свойствами.

Доэвтектоидная сталь (0.7%C) отмечаем заданный спав вертикалью I на диаграмме состояния и строим кривую нагрева.

По  кривой нагрева мы можем определить какие изменения происходят в сплаве при нагреве до определенной температуры 1600°С. До  точки 1 сплав находится в жидком состоянии при 1490 из жидкого состояния начинают выделяться кристаллы аустенита состава 1’

По мере охлаждения в интервале температур 1-2 происходит выделение кристаллов аустенита пе­ременного состава, концентрация которых определяется по линии солидус от точки 1’до точки 2

Жидкая фаза обогащается углеродом концентрация которого меняется по линии ликвидус от 1 до 2’, формула Ж12’ А1’2. В точке 2 заканчивается первичная кристаллизация и сплав имеет однофазную структуру А аустенит, при понижении температуры до точки 3 начинается вторичная кристаллизация аустенит превращается в феррит по формуле А+Ф34Ф+П  при достижении точки 9 состав смеси Ф+П примет эвтектоидную концентрацию точки (S, 0.8%C), и при постоянной температуре будет превращаться в феррит+перлит площадка на кривой. Концентрация фаз Ж2.14+А0.6 ОВКЖ=0.7-0,6/2,14-0,6*100=6,94%   овкА=2,14-0,7/2,14-0,6*100=93,5% концентрация углерода в жидкой фазе при температуре 1400˚С

2,14% С, твердой фазе  0,6% С

6.Углеродистые стали У10 и 35.

Сталь У10 инструментальная сталь значит, при термообработке нам нужно добиться высокй твердости. Такие свойства как пластичность нас не интересуют значит проводим не полную закалку ПA+ЦII МЗАК +Аост+ЦII т.к сталь заэвтектоидная нагреваем до температуры АС1+30-50°С, после закалки проводим низкий отпуск, т.к при нагреве свыше 200°С происходит полный отпуск и теряется твердость, для снятия внутренних напряжений после закалки. При низком отпуске твердость практически не падает. Температура отпуска 150-200°C выдержка 1-2.5 часа структура мартенсит отпуска превращения при отпуске до 200°С

Мзак Мотп. Сталь 35 относится к среднеуглеродистым сталям и закаливается слабо.Сталь доэвтектоидная значит применяем полную закалку Ф+ПАМЗАК нагреваем сталь до температуры АС3+30-50°С и охлаждаем получаем структуру мартенсит закалки. После закалки нужно произвести отпуск стали в условиях сказано, что после отпуска структура мартенсит отпуска значит применяем низкий отпуск 150-200°C выдержка 1-2.5 часа структура мартенсит отпуска. После закалки сталь У10 имеет структуру ЦII+М твёрдость цементита выше чем мартенсита, а сталь 35 имеет структуру мелкозернистого мартенсита, отсюда твёрдость У8 выше твёрдости Стали 35.Сталь У10 имеет больше углерода чем Сталь35, отсюда выше её твёрдость.

7. Расшифровки марок данных сталей и их свойства.

Легирующие элементы

Хром - повышает твердость, коррозионностойкость;

Никель - повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость;

Вольфрам - увеличивает твердость и красностойкость, т.е. способность сохранять при высоких температурах износостойкость;

Ванадий - повышает плотность, прочность, сопротивление удару, истиранию;

Кобальт - повышает жаропрочность, магнитопроницаемость;

Молибден - увеличивает красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких темпе­ратурах;

Марганец - при содержании свыше 1 процента увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок;

Титан - повышает прчность, сопротивление коррозии;

Алюминий - повышает окалиностойкость;

Ниобий - повышает кислотостойкость;

Медь - уменьшает коррозию.

4Х5МФС

Классификация: Сталь инструментальная штамповая, теплостойкая. Углерода 0.4%,хрома 5%,молибдена 1%, ванадия 1%, кремния 1%

Применение: молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей до 3 т при деформации легированных конструкционных и нержавеющих сталей, прессовый инструмент для обработки алюминиевых сплавов, вставки и пуансоны для высадки на горизон­тально-ковочных машинах.

По качеству: качественная

По структуре:  мартенситного класса

Термическая обработка:  Закалка 1000 С, масло. Отпуск 560 С, 2 ч., δВ 1710 МПа, HB241,δ12%

Структура после ТО: сорбит отпуска

Химический состав: