Що таке цементит?

Витримуєте, хімічно визначений як залізокарбід (Fe3C), є твердою, крихкою міжметалічної фази, яка утворює вуглецеві сталі під час твердіння та подальшої термообробки. Його кристалічна структура є орторомбінною, яка сприяє її високій твердості, швидко близько 800–1100 HV, але також її низької міцності. Цементит від аустеніту при охолодженні або форм при загартуванні мартензиту. Фаза з'являється як подовжена, пластинчаста, або сфероїдна основа в межах матрки ферит, а також залежить від цього термологічної морфології

Механізми зносостійкості сходу від цементіту

Вода в сталевих компонентах відбувається через кілька різних механізмів, і внесок цементіту змінюється з кожним. Твердість цементіту робить його ефективним бар'єром для пластичної деформації і мікро-розрізання, які є основними драйверами втрати матеріалу в ковзанах і абразивних контактах.

Абразивний одяг

У абразивному зносі тверді частинки або асперми в сталеву поверхню, знімаючи матеріал через мікро-розріз або перелом. Цементітові частинки виступають як жорсткі перешкоди, які протистоїть проникнення. Коли цементит тонкий і рівномірно розсічений, сталь може підтримувати гладку поверхню і проти утворення глибоких пазів. Однак якщо цементіт є грубим або кластерним, він може зламатися під високим стресом і фактично прискорити носіння шляхом створення сміття.

Клейний одяг

Клейовий знос виникає при контакті з поверхнями, зварюючись разом на аспермах, а потім зсув, перевантажувальний матеріал. Цементит зменшує схильність до адгезії, оскільки це хімічно стабільний і менш протоки порівняно з феритом. Тверда фаза також працює-важує навколишню матрицю, додатково знизивши справжню область контакту і таким чином, ймовірність утворення клеєних з'єднань.

Товстушка Вологий

Під циклічним навантаженням, поверхневі або субсерфальні тріщини можуть розмножуватися, що призводить до спалювання або пітчингування. Цементіт впливає на втому, що надходить в два протилежних способи. Відмінно, добре розширений цементит може гальмувати щеплення тріщин, забезпечуючи жорсткі точки, які розподіляють стрес. Поперечно, великі або подовжені цементітні частинки виступають як стресові болти, сприяють нуклеї і зменшення втомного життя. Тому, контроленням цементіту є критично в додатках, таких як шестерні і підшипники.

Мікроструктурні фактори управління надшлунковою продуктивністю

Зносостійкість сталі не просто функція цементуючої дроби. Три взаємозв'язані фактори визначають, наскільки ефективно цементит підвищує міцність:

  • Вобме фракція: Високий вміст цементу зазвичай підвищує твердість і стійкість до стирання. Наприклад, білі чавуни з 30–40% цементіту використовуються в суворих гірничих середовищах. Але за межі певної точки, домінує ламність і згортання жорсткості.
  • Розмір частинок і морфологія: Fine, сфероїдний цементит (як виробляється через сфероїдне знецінення) забезпечує оптимальне поєднання твердості і міцності. Заспокійливий або ламельлар цементит (як в перлині) можна приймати в деяких умовах зносу, але не вдається в ударі.
  • ]Поточність дистилції: кластери цементіту створюють області концентрації високого стресу. Неоднорідний розподіл забезпечує, що навантаження розподіляється однаково, знижуючи ризик локалізованого перелому.

Стратегії термічної обробки для Tailor Cementite

Виробники використовують діапазон теплових циклів для інженера цементу для конкретних вимог зносостійкості.

Затвердження та нормалізація

Під час анналяції сталь охолоджується повільно від аустенітної області, що виробляє грубу перлиту з ламелястою цементом. Хоча ця структура відносно м'яка, її можна використовувати як початкову точку для подальших процедур. Нормалізація, при більш прискореному охолодженні, врожайність дрібної перлиніту і покращує зносостійкість злегка над анналізованим матеріалом.

Виброгасіння та загартування

Перевага трансформується аустенітом до мартензиту, надсиченого твердого розчину. Наслідкова загартування при температурі 150°C і 600°C призначає дрібний цементит від мартензиту. Низькотемпературний загартування (150–300°C) зберігає цементит надзвичайно тонкий, максимізуючу твердість для застосування, як ріжучий інструмент. Вищі загартування температур коарсен цементит, торгівля твердістю для жорсткості - придатний для впливу компонентів.

Аверсирування

Аустомперування передбачає перемішування температури тільки над початком мартензиту і проведення формувати баїніт. Мікроструктури бейніту містять цементит, розсіяний в матриці ферит з характерною акуликулярною морфологією. Ця структура пропонує відмінний баланс високої міцності, хорошої міцності і зносостійкості, часто перевершують загартоване мартенсит в умовах зсувного зносу.

Торгівля-відправлення між твердістю і тістотою

Основним інженерним завданням з цементітом є попередження між зносостійкістю і підвищеною жорсткістю руйнування. Як цементітний вміст підвищує, твердість підвищується, але припливність і ударостійкість водопровідності. Інженери повинні вибрати сталевий сорт і теплове лікування, що оптимізує цей торгово-офф для конкретних умов завантаження.

Наприклад, в кульових млинах або скелях дробарки, де сильної абразії домінує, високоцементитні білі праски (з хрому добавки для стабілізаторів карбідів) застосовуються незважаючи на їх низьку міцність. На відміну від, передач і валів досвід циклічних вигинів стресів; тут, нижній вміст цементу з тонкими сфероїдними частинками забезпечує прийнятний термін носіння без катастрофічної недостатності під втомою.

Порівняння з іншими фази карбіду

В той час як цементит є найбільш поширеним карбідом у рівнинних вуглецевих сталей, багато зносостійкі сталі, що включають сплавні елементи, які утворюють тверді, більш стабільні карбіди. Хром форм M7C]3 або M23C6]

Однак цементит залишається важливим для витратно-чутних застосувань. У вуглецевих сталей вона забезпечує значний надійкий опір без витрат сплаву елементів. Крім того, шляхом уточнення цементу через термомеханічну обробку, продуктивність може підходити до того, що деякі низьколеговані сталі при меншій вартості матеріалу.

Практичні застосування цементіту-контейнерних сталей

Роль цементу в зносостійкості використовується в багатьох галузях промисловості:

  • Railroad rails: Перлитичні залізничні сталі містять ламеллар цементит в матриці ферит. Твердість цементу бореться з абразивним зносом з контакту коліс, а дрібна міжламелярна щіпка сповільнює тріщину розмноження. Сучасні загартовані рейки досягають навіть більш дрібних перлитів через прискорене охолодження.
  • Генергія : Сталі високовуглецеві інструменти (наприклад, AISI W1, A2, D2) спираються на цементні або сплавні карбіди для утримання краю. Сфероїдований цементит в інструментальних сталей знижує відкол при підтримці зносостійкості.
  • : Ковані і загартовані сталі, такі як AR400, містять загартовану мартенуатну матрицю з дрібними цементними присадками. Ці пластини використовуються в лайнерах, шутах, болдозерних лезах.
  • Ball і роликові підшипники: Сталі підшипники (наприклад, 52100) броньовані і загартовані для виготовлення дисперсії тонкого цементу в помірній мартензитної матриці. Цементні частинки підтримують контактне навантаження і зменшують рухому контактну втому.
  • Гарші]: Багато автомобільних і промислових редукторів виготовляються з твердих низькокарбонових сталей. Ядро має тонкий розподіл цементу від загартування, забезпечуючи міцність, при цьому карбюрований корпус містить як цемент, так і сплавні карбіди для поверхневої твердості.

Висновок

Цементитна фаза - це камінь зносостійкої сталі, що пропонує потужне поєднання твердості та мікроструктурної універсальності при низькій вартості. Його ефективність, однак, дуже чутлива до розмірів, форми та розподілу, всі з яких можна контролювати через ретельне термічне лікування та сплави. З розумінням механізмів, за допомогою яких цементит проти стирання, адгезії та втоми, інженери можуть вибрати та обробляти сталі, щоб задовольнити найбільш затребувані зносні програми. Майбутні розробки, такі як наноструктурований цементит або гібридні мікроструктури з іншими карбідами, обіцяють ще більшою продуктивністю. Для подальшого читання на цементіті та зносних механізмів, див. [М1Ф:1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1