Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кривые нагрева и охлаждения чистого железа

Построение кривых охлаждения сплавов Железо-Цементит

материаловедение решение

При рассмотрении равновесия в металлических сплавах, находящихся под воздействием атмосферного давления, единственным внешним переменным фактором является температура и поэтому n = 1. Система железо-цементит является двухкомпонентной, то есть к = 2. Отсюда следует, что

с = 2 + 1 – ф = 3 – ф.

Для построения кривой охлаждения (или нагрева) сплава, прежде всего, необходимо найти на концентрационной оси диаграммы состояния координату, соответствующую содержанию углерода в сплаве. Затем из найденной точки следует восстановить перпендикуляр до области существования жидкой фазы. Кривая охлаждения (или нагрева) строится справа от диаграммы состояния в координатах температура (ось абсцисс) — время (ось ординат). Масштаб оси времени произвольный, а масштаб оси температуры такой же, как и на диаграмме состояния.
Во время охлаждения сплава в нем происходят фазовые превращения. Каждое превращение протекает за определенный промежуток времени, поэтому соответствующие им участки кривой охлаждения имеют различные углы наклона по отношению к горизонтальной оси. Чем быстрее происходит превращение, тем круче кривая. Перитектическое, эвтектическое и эвтектоидное превращения идут во времени при постоянной температуре (так как с = 0), следовательно, им на кривой охлаждения будут соответствовать горизонтальные участки .
Построение кривой охлаждения рассмотрим на примере чугуна, содержащего 5 % углерода (см. рисунок). Восстанавливаем перпендикуляр из отметки 5 % углерода на оси абсцисс до точки 1, находящейся в области жидкого состояния сплавов. Переносим пунктиром температуру точки 1 на ось температур нашего графика. В точке 1 рассматриваемый сплав находится в жидком состоянии (то есть существует только одна фаза  жидкий раствор углерода в железе), следовательно с = 3 – 1 = 2. При двух степенях свободы равновесие в системе не нарушается даже при одновременном изменении температуры и концентрации сплава в определенных пределах. При понижении температуры в сплаве не будет происходить никаких превращений, и температура будет падать быстро, кривая охлаждения идет круто вниз до точки 2. Точкой 2 обозначено пересечение нашей вертикали с линией CD диаграммы состояния, соответствующей началу кристаллизации цементита. Следовательно, в сплаве появляется вторая фаза  цементит, число степеней свободы уменьшается (с = 3 – 2 = 1), кривая охлаждения станет более пологой до температуры, соответствующей следующей критической точке 3. На участке кривой 1-2 указываем фазовое состояние сплава “ж” и число степеней свободы, равное 2, соответственно на участке 2-3 фазовое состояние “ж + ц”, а число степеней свободы с = 1. При изменении температуры в пределах точек 2 и 3 изменяется соотношение между жидкой и твердой фазами, но равновесие не нарушается.
Точка 3 (пересечение вертикали с линией ECF) соответствует эвтектическому превращению, то есть совместной кристаллизации цементита и аустенита с образованием ледебурита. При этом одновременно существуют три фазы: жидкость, цементит и аустенит, следовательно число степеней свободы с = 3 – 3 = 0, и система нонвариантна, три фазы могут находиться в равновесии только при строго постоянной температуре. На кривой охлаждения это отражено отрезком 3-3*. Между точками 3 и 4 сплав имеет двухфазное состояние (аустенит и цементит) и с = 3 – 2 =1. При температуре, соответствующей точке 4, в сплаве происходит эвтектоидное превращение, аналогичное эвтектическому. Отличие только в том, что в нем участвуют только твердые фазы: аустенит, цементит и феррит. На кривой охлаждения делаем соответствующие записи.

кривая охлаждения

Содержание отчета
Диаграмма состояния железо-цементит с обозначением критических точек и областей диаграммы. Кривая охлаждения (или нагрева) сплава с заданной концентрацией углерода. Определение феррита, аустенита, перлита, ледебурита и зарисовка их структур.
Выводы.
Контрольные вопросы
1. Что такое фаза?
2. Что называется структурной составляющей?
3. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит?
4. Что такое критическая точка?
5. Как обозначаются критические точки?
6. Что такое эвтектическое превращение?
7. Чем эвтектоидное превращение отличается от эвтектического?
8. Как расшифровывается правило фаз?
9. Как строятся кривые охлаждения?

Диаграмма состояния системы железо — углерод

Металлические сплавы — это сложные по составу вещества на основе металлов, сохраняющие их основные свойства: высокую электро — и теплопроводность, литейные свойства, ковкость и др. Сплав может быть в жидком и твердом состоянии. В жидком состоянии существует только одна жидкая фаза, а в твердом у сплавов может быть несколько фаз в виде твердых растворов, химических соединений и механических смесей.

Твердые растворы состоят из двух и более компонентов, в которых атомы растворимого компонента располагаются в кристаллической решетке основного компонента, замещая его атомы, либо внедрясь в кристаллическую решетку.

Химические соединения могут быть в виде металлов с неметаллами (Fe 3C) или металлов с металлами (CuAl 2, CuNi). Они обладают конкретными физико — механическими свойствами. Например, цементит (Fe 3C) имеет высокую твердость, повышенную хрупкость и низкую электропроводность.

Читайте так же:
Цепной абсолютный прирост это

Механические смеси состоят из нескольких компонентов, которые при затвердевании ( кристаллизации) не взаимодействуют друг с другом. Каждая из фаз сохраняет свою кристаллическую решетку. Например, у сталей могут одновременно быть смеси феррита и аустенита, или перлита и цементита. Диаграммы состояния строятся на основе кривых нагрева и охлаждения. Рассмотрим сплав ( рис. 1.25) медь- никель (Cu — Ni). Атомы Cu и Ni могут соединяться в любых пропорциях (0 …100%), образуя твердый раствор, при этом атомы Ni могут замещать в кристаллической решетке Cu все атомы. По горизонтальной оси откладывается содержание компонентов в твердом растворе, а по вертикальной- температура. Точка 1083 °C показывает температуру плавления меди, а точка 1452 °C –никеля. Нижняя линия ( солидус) –это граница твердого раствора. Ниже ее оба металла и смесь находятся в твердом состоянии ( в кристаллическом виде). Выше верхней линии ( ликвидуса) располагается область жидкого раствора обоих этих металлов и сплавов. В « чечевице», очерченной нижней и верхней линиями, лежит область смеси кристаллов и более тугоплавкового металла с капельками более легкоплавкого.

В правой части рисунка 1.25 находятся кривые нагрева и охлаждения смеси ( в данном случае представлена 50% смесь) этих металлов. На основании таких кривых, полученных для различных смесей в интервале 0…100% и построена диаграмма состояний. На кривых нагрева и охлаждения видны горизонтальные линии: при разрушении кристаллов тепло подводится, но повышения температуры нет, т.к. это тепло расходуется на разрушение кристаллов; при кристаллизации, наоборот, выделяется тепло, поэтому температура сплава по времени не снижается.

Для компонентов ( пример для смеси свинец –сурьма), неограниченно растворимых в жидком состоянии и совершенно нерастворимых в твердом состоянии, с образованием механической смеси ( эвтектики), диаграмма представлена на рис. 1.26.

На первом участке диаграммы ниже линии температур 327…243 °C кристаллизуется свинец, а далее на участке температур 243…631 °C — сурьма. В точке С кристаллизуется свинец и сурьма, и жидкость без промежуточных фаз переходит в твердое состояние. Эта смесь называется эвтектико й . До нее будет доэвтектический сплав ( Рb + Э), а после заэвтектический сплав (Sb + Э). В точке С самая низкая температура плавления (243 °C) сплава.

Имеется связь характера диаграмм состояний со свойствами ( электропроводность, твердость, прочность и т. д.). Так для первой группы сплавов –твердых растворов, с ростом концентрации компонента ( например, Ni на рис. 1.25) механические свойства ( твердость., прочность) увеличиваются, а для второй группы ( рис. 1.26) имеется точка экстремума, т. е. сначала механические характеристики повышаются, а далее снижаются.

Структурные составляющие железо — углеродистых сплавов представлены в виде твердых растворов ( рис. 1. 27) ( феррит и аустенит), химического соединения ( цементит) и механических смесей ( перлит, ледобурит.,…).

Феррит это твердый раствор внедрение углерода в a—железо. Он очень мягкий и пластичный, хорошо проводит тепло и электричество, сильно магнитен. Углерода в нем очень мало ( около 0,002%). В микроструктурах металла цементит имеет белый цвет. Углерод замещает центральный атом объемно — центрированной кубической решетки (a — железо) или вакансии кристаллической решетки.

Фазовые превращения ( рис. 1.28) происходят по мере изменения температуры. При нагреве до 768 °С a — железо теряет свои магнитные свойства, но кристаллическая решетка не меняется.

При 898 °С – эта решетка превращается в гранецентрированную кубическую решетку, называемую g — железом. Аустенит это твердый раствор внедрения углерода в y –железо. Он не магнитен, сравнительно мягкий, углерода содержится в нем максимально до 2%.

При 1401 °С g — железо превращается в s — железо с объемно — центрированной решеткой, существующей до температуры плавления железа (1539 °С).

Цементит — это химическое соединение ( карбид железа Fe3C), содержащее 6,67% углерода и имеющее высокую твердость и хрупкость, плохо проводящее электрический ток и тепло. Цементная сетка является светлой на микроструктурах сплава. Цементит является неустойчивым химическим соединением и при высоких температурах происходит его распад на железо и углерод:

Ледебурит —это механическая смесь ( эвтектика) , состоящая из аустенита и цементита и содержащая 4,3% углерода, образуется при температурах ниже 1147 °С, имеет высокую твердость и хрупкость.

Перлит – механическая смесь ( эвтектоид), состоящая из тонких пластинок или зерен цементита и феррита, образуется в результате распада аустенита при температурах ниже 727 °С. Углерода в перлите 0,8%.

Читайте так же:
Диаметры свёрл для нарезания резьбы

На основе кривых ( рис. 1.28) охлаждения и нагрева сплавов Fe-C строится диаграмма состояний ( рис.1.29) системы железо-углерод. На ней имеются линии: ликвидуса –АСД ; солидуса — AECF. Выше линии ликвидуса металл находится в жидком состоянии, а ниже линии солидуса- в твердом ( кристаллическом) состоянии. Остальные линии отражают превращения в сплавах, происходящие после затвердевания. Ниже линии солидуса, при дальнейшем снижении температуры происходят структурные изменения, т.е. перекристаллизация уже в твердом состоянии ( вторичная кристаллизация).

В точке S аустенит распадается на твердую однородную смесь кристаллов феррита и цемента — перлит. Сплав в точке S — эвтектоидный, при содержании углерода меньше 0,8% доэвтектоидный, а более 0,8% — заэвтектоидный. После 0,8% происходит распад аустенита с выпаданием из него вторичного цементита.

Точка А –это температура плавления чистого железа Fe, а точка Д — температура плавления цементита Fe3C. Точка Е (2 ,14% С) делит сплав на две группы: стали и чугуны. Левее точки Е будут стали, а правее- чугуны .

Температура плавления стали с увеличением количества углерода С в ней снижается, а чугунов после 4,3% — увеличивается.

Сразу после затвердевания структура сталей состоит из аустенита, а чугунов из смесей: аустенит + ледебурит ; цементит + ледебурит.

При охлаждении доэвтектоидных сталей ( С < 0,8%, т.е. левее точки S) аустенит распадается, из него выделяется феррит.

В эвтектоидной точке С будет механическая смесь кристаллов аустенита и цементита — ледебурит. Правее точки С выделяется цементит. Сплавы чугунов левее точки С — доэвтектоидные , правее — заэвтектоидные .

Белые чугуны ( белый оттенок на изломе). состоят из ледебурита и цементита Они твердые, хрупкие, трудно механически обрабатываются. Используются для передела в сталь.

Если углерод в сплаве находится в свободном состоянии, т.е. в виде графита, то это серые чугуны.

Диаграмма железо — углерод имеет большое практическое значение для инженеров. По ней можно определить температуру плавления и затвердевания сталей и чугунов, интервалы температур при обработке сталей давлением ( ковка, штамповка,…) и термической обработке ( закалка, отпуск,…), т.е.. она нужна металлургу, кузнецу и термисту.

Кривая охлаждения чистого железа и его аллотропические изменения

Различные формы кристаллической решетки для данного металла называются модификациями.

  1. Какие кристаллические тела называют сплавами?

Металлические сплавы – кристаллические тела, полученные при сплавлении металлов с другими металлами или неметаллами.

  1. Назовите три типа соединений получаемых при затвердевании жидкого раствора в сплавах, и различия между ними по структуре и по свойствам.

· твердый раствор (внедрения, замещения)

Кривая охлаждения чистого железа и его аллотропические изменения - №1 - открытая онлайн библиотека

  1. В чем заключается основное отличие кристаллизации сплавов от кристаллизации чистых металлов?

Сплавы кристаллизуются не при одной строго определенной температуре, а в интервале температур, т.е. от температуры начала кристаллизации до температуры конца кристаллизации.

  1. Для чего используют диаграммы состояния сплавов?

Диаграммы состояния позволяют правильно подойти к выбору сплава, судить о поведении сплава при технологической обработке и характеризуют его физические и ряд механических свойств.

  1. В каких координатах строят диаграммы состояния?

Диаграммы состояния строят в координатах концентрация – температура.

  1. Как зависят свойства сплава от их состава и структуры?

· сплавы – механические смеси имеют хорошие литейные свойства

· сплавы – твердые растворы значительно тверже и прочнее, чем составляющие их компоненты, и одновременно обладают высокой пластичностью, зачастую более высокой, чем составляющие их компоненты.

· сплавы – химические соединения обладают очень высокой прочностью и высоким электросопротивлением. Иногда твердость их в 10 раз выше твердости чистых компонентов.

  1. В чем заключаются следующие методы исследования структуры металлов и сплавов:

· макроанализ – определяется структура металла или сплава видимая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, не превышающих 10-кратных.

При исследовании макроструктуры можно выявить:

а) дефекты слитка: трещины значительной величины, величину и форму усадочных раковин и рыхлостей – газовые пузыри, неметаллические включения;

б) неравномерное распределение отдельных примесей, входящих в состав стали (ликвация);

в) расположение волокна в поковках, прокате и т.д.

· микроанализ – выявляет структуру металла или сплава, видимую при большом увеличении — до 3500 раз.

При исследовании микроструктуры можно выявить:

а) наличие неметаллических включений;

б) величину, форму и расположение зерен;

в) отдельные структурные составляющее сплава;

г) различные микродефекты (волосовины, раковины, трещины);

д) качество термической обработки, глубину закалки, цементации и др.

· рентгеновский анализ – применяется для следующих видов исследования металлов:

а) структуры кристаллов: формы кристаллической решетки и ее параметров;

Читайте так же:
Кованые изделия лестницы фото

б) определения внутренних дефектов.

· спектральный анализ – исследование химического состава металлических сплавов и других веществ.

· термический анализ – основан на том, что в прочесе нагревания и охлаждения металлов и сплавов структурные превращения сопровождаются выделением или поглощением тепла.

· дефектоскопия металлов и сплавов – позволяет выявить внутренние дефекты металлов и сплавов без нарушения целостности металла.

Свойства металлов и способы их определения

  1. Дайте определение следующим физическим свойствам металлов:

· плавкость – способность металлов расплавляться, т.е. при нагревании переходить в жидкое состояние.

· тепловое расширение – способность различных тел, в том числе и металлов, расширяться при нагревании.

· теплопроводность – свойство металлов проводить тепло при нагревании.

· электропроводность – способность хорошо проводить электрический ток.

· электросопротивление – свойство противоположное электропроводности. Сравнивать электросопротивление различных металлов принято с помощью величин удельного электрического сопротивления, т.е. сопротивления в омах, которое оказывает току проволока из данного металла длиной 1м и сечением 1мм 2 .

· магнитность – свойство металла намагничиваться или притягиваться магнитом.

2. Что характеризуют химические свойства металлов и сплавов?

Химические свойства характеризуют способность металлов сопротивляться окислению или вступать в соединения с различными веществами.

3. Какие металлы называют жаростойкими?

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими.

4. По какому показателю определяется сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению?

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяется по изменению веса испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.

5. Какие свойства металлов и сплавов называются механическими?

Механическими свойствами называется совокупность свойств, определяющих сопротивление металлов или сплавов воздействию механических усилий, которые могут прилагаться к изделию различными способами.

Методические указания по каждой лабораторной работе включают в себя учебную цель, перечень образовательных результатов, заявленных в рабочей программе дисциплины «Материаловедение»,

Лабораторная работа № 5
«Исследование свойств железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов (ДСС) «железо-цементит»

  1. Изучить состояние железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов Fe-Fe3 C.
  2. Изучить структурные составляющие железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов Fe-Fe3 C.
  3. Изучить последовательность фазовых превращений при охлаждении и нагреве железо- углеродистых сплавов различного состава.
  4. Научиться строить кривые охлаждения – нагрева железо-углеродистых сплавов с различной концентрацией.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО третьего поколения:
Студент должен

  • проводить исследования и испытания материалов;
  • способы и методы исследования и испытания материалов.

Задачи лабораторной работы № 5

  1. Повторить краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы.
  2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала по теме.
  3. Выполнить практические задания лабораторной работы.
  4. Оформить отчет.
  • учебная коллекция образцов материалов и деталей из железо-углеродистых сплавов;
  • плакат «Диаграмма состояния сплавов Fe-Fe3 C».
  • А.М.Адаскин Материаловедение: Учебник. – М.: Высшая школа, 2009.
  • Л.Д. Иванова Сборник методических указаний для студентов по выполнению лабораторных работ. – Самара: ГБОУ СПО «ПГК», 2014.

4. Тетрадь в клетку для выполнения лабораторных работ.

5. Калькулятор инженерный.

7. Карандаш простой.

9. Ластик.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы

по теме лабораторной работы
Диаграмма «железо-углерод» является «краеугольным камнем» металловедения и термической обработки сталей и чугунов – основных сплавов промышленности. Знание диаграммы является необходимой предпосылкой грамотного определения структуры и свойств большинства конструкционных и инструментальных сталей и чугунов, разработ-ки режимов предварительной и окончательной термических обработок, определения температурных условий обработки давлением.

Диаграмме «железо-углерод» посвящены тысячи исследований. Создание диаграммы имеет богатую и интересную историю. С производством и применением стали и железа люди познакомились еще в древности, однако только в самом конце XVII века французом Гютоном было дано правильное определение стали как сплава железа с углеродом. Построение же самой диаграммы было начато только во второй половине ХIХ века и связано, в первую очередь, с именем русского ученого Дмитрия Константиновича Чернова, который в 1886 году установил существование критических точек “А“ соответствующих граничным температурам фазовых превращений в сталях Ас3 и Ас1.

В равновесных железоуглеродистых сплавах углерод, если он не растворен в железе, может присутствовать как в форме графита, так и в форме цементита. Поэтому диаграмма состояния приводится часто в двух вариантах: «железо – графит» и «железо-цементит». Линии истинно равновесной системы «железо – графит» проходят при этом несколько выше линии квазиравновесной системы «железо – цементит». Сам же вид диаграммы остается тот же.

В данной лабораторной работе рассматривается диаграмма системы «железо-цементит», представленной на рис. 20.

Читайте так же:
Что такое шабер маникюрный

Поскольку технические сплавы железа с углеродом содержат углерода меньше, чем его в цементите (6,67%), обычно строят и рассматривают диаграмму «железо-углерод», (до содержания углерода 6,67%) когда образуется устойчивое химическое соединение — карбид железа Fe3 C. Оно и может быть рассмотрено как компонент.

Этот участок диаграммы Fe – С называют диаграммой состояния «железо – цементит» (Fе — Fe3 C).

В сплавах системы «железо-цементит» (железо-углерод) компонентами являются железо и цементит (углерод): фазами — феррит, цементит, графит, аустенит, жидкость. Структурными составляющими из двух фаз – перлит и ледебурит (сведения о физико — механических свойствах фаз и структурных составляющих имеются в учебниках).

Здесь приведены только основные сведения о свойствах фаз и структурных составляющих.
ЦЕМЕНТИТ- химическое соединение, Fe3 C. Цементит характеризуется высокой твердостью до НВ 800 и чрезвычайно низкой пластичностью, температура плавления — 1252 0 С.

Цементит является неустойчивым соединением и при определенных условиях распадается с образованием графита. Цементит может присутствовать и как самостоятельная структурная составляющая, и как одна из фаз структурных составляющих типа перлит и ледебурит.

Г Р А Ф И Т — одна из модификаций углерода, имеющая гексагональную решетку с ионной и ковалентными сильными связями между атомами в плотноупакованных слоях и слабыми, типа полярных, связями между плотно упакованными слоями. Графит характеризуется исчезающей малой прочностью. Плотность графита — 2,2 г/см 3 . Температура плавления — З500 0 С.

Ф Е Р Р И Т — твердый раствор углерода в альфа-железе (C в α — Fe). Максимальное содержание углерода в феррите- 0,02% при 727 0 С и 0,006% — при 20 0 С.

Свойства феррита примерно такие же, как и чистого железа. В сталях феррит может присутствовать и как самостоятельная структурная составляющая, и как составная часть (фаза) сложных структурных составляющих – ПЕРЛИТА и ЛЕДЕБУРИТА.

АУ С Т Е Н И Т — твердый раствор углерода в гамма-железе (C в γ — Fe). Максимальное содержание углерода в аустените — 2,14% при 1147 0 С, при 727 0 С- 0,8%.

Аустенит обладает невысокой прочностью и хорошей пластичностью. Характерной особенностью аустенита является его способность к упрочению при деформации. Аустенит немагнитен.

В сталях и чугунах аустенит может присутствовать и как самостоятельная структурная, и как составная часть (фаза) сложной структурной составляющей – ледебурита.

П Е Р Л И Т — двухфазная структурная составляющая, представляющая собой эвтектоидную смесь феррита и цементита.

Перлит содержит 0,8% С. В зависимости от формы цементита, различают пластинчатые и зернистый (глобулярный) перлиты. Пластинчатый перлит, по сравнению с зернистым, характеризуется несколько большей прочностью и твердостью: бВ =700-750 МПа, НВ 190-220 против бВ = 700-750 МПа, НВ 168-190 и меньшей плотностью (10-11%, против 14-16%).

ЛЕДЕБУРИТ — двухфазная структурная составляющая, представляющая собой в области температур от 1147 0 до 727 0 С эвтектическую смесь цементита и аустенита.

Ледебурит содержит 4,3% С. При охлаждении, при температуре 727 0 С АУСТЕНИТ, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит, ледебурит отличается большой твердостью (НВ 700) и хрупкостью.

Вся диаграмма состояния «железо-углерод» образована линиями, имеющими определенные наименования и ограничивающими характерные по структуре области.

Линия АСД — линия ликвидуса, показывающая начало кристаллизации сплавов системы (упрощенный вариант диаграммы).

Линия AECF- линия солидуса, показывающая окончание кристаллизации.

Линия ECF — линия эвтектического превращения Ж = (Ц+А) 1147 0 С.

Линия РSK- линия эвтектоидного превращения А = (Ц + Ф) при температуре 727 0 С (обозначаемой через А1).

Важным для понимания формирования структур сталей являются РSЕ — линии нижнего “стального” угла диаграммы.

Линия GS показывает температуры начала выделений феррита из аустенита при охлаждении или окончании растворения феррита в аустените при нагреве (А3).

Линия SЕ показывает температуру начала выделения вторичного цементита из аустенита при охлаждении или окончании растворения вторичного цементита при нагреве.

У всех сплавов, содержащих более 2,14% углерода, первичная кристаллизация заканчивается при температуре 1147 0 С эвтектическим превращением, после которого структура сплавов с содержанием углерода от 2,14% до 4,3% будет состоять из аустенита и ледебурита, а при дальнейшем охлаждении сплава ниже температуры 1147°С начинается вторичная кристаллизация, из аустенита выпадают вторичные кристаллы цементита, а из сплавов с содержанием углерода свыше 4,3% — сплавы из первичного цементита и ледебурита. Структура сплава с 4,3% углерода будет чисто ледебуритной.

У сплавов с содержанием углерода до 2,14% непосредственно после кристаллизации образуется однофазная аустенитная структура (указанное различие в структурах, образующихся в результате кристаллизации, создает существенные различия как в эксплуатационных, так и в технологических свойствах сплавов с содержанием углерода до 2,14% и свыше 2,14%). Все железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталями, а с большим от 2,14% до 6,67% углерода — чугунами.

Читайте так же:
Пила для вырезания по дереву

В качестве примера рассмотрим процесс формирования структур в сплаве с содержанием углерода 1,4% (см. рис. 20).

В исходном высоко — температурном состоянии (выше точки 2) сплав имеет одну жидкую фазу. Состав жидкой фазы соответствует составу сплава.

В точке 2, лежащей на линии ВС, начинается процесс кристаллизации. Выделяются первые кристаллики аустенита, соответствующего проекции точки 2 на ось концентрации. Выделение аустенита сопровождается выделением скрытой теплоты плавления, что отражается в уменьшении угла наклона кривой охлаждения при понижении температуры.

Весь процесс первичной кристаллизации идет в интервале температур, ограниченных точками 2 и З. В точке 3 первичная кристаллизация заканчивается.

В точке m сплав имеет двухфазную структуру, состоящую из жидкости и аустенита концентрации, определяемой точкой m. Количество (масса) твёрдой (аустенита) фазы определяется отношением отрезков ; а жидкой — .

В интервале температур между точками З и 4 сплав имеет однофазную структуру- аустенит.

Начиная с температуры точки 4 и до температуры точки 5 из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита. Концентрация углерода в аустените при этом понижается и в температуре точки 5 становится равной 0,8%, т.е. это концентрация эвтектоида. Изменение углерода в аустените можно проследить по линии ЕS.

В точке 5 структура сплава двухфазная, состоит из аустенита и вторичного цемента.

При температуре точки 5 начинается и заканчивается эвтектоидное превращение. Весь аустенит превращается в эвтектоидную механическую смесь феррита и цемент (перлит).

Содержание углерода в перлите — 0,8%. На кривой охлаждения эвтектоидное превращение отражается горизонтальной ступенькой, протяженность которой соответствует времени протекания превращения.

Перлит представляет собой двухфазную структурную составляющую. По окончании эвтектоидного превращения структура рассматриваемого сплава будет состоять из зерен перлита, окруженных сеткой вторичного цемента.

При дальнейшем охлаждении сплава вплоть до комнатной температуры его микроструктура не изменяется.
Вопросы для закрепления теоретического материала

  1. Объяснить понятия: компонент, система, фаза.
  2. Указать полиморфные превращения железа.
  3. Дать определения: аустенита, феррита, цементита, перлита, ледебурита и указать содержание в них углерода.
  4. Дать определение стали и чугуна.
  5. Назвать структурные составляющие доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей, доэвтектических и заэвтектических чугунов.

Задания для лабораторной работы № 5
Задание № 1: Ознакомиться с основными положениями теории ДСС Fe-Fe3 C.
Задание № 2: Изучить структурные составляющие железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов Fe-Fe3 C.
Задание № 3: Изучить последовательность фазовых превращений при охлаждении и нагреве железо-углеродистых сплавов различного состава.
Задание № 4: Научиться строить кривые охлаждения — нагрева железо-углеродистых сплавов с различной концентрацией углерода: К1 → С = К2 → С = (по заданию преподавателя) с обозначением структурных и фазовых превращений.

Задание № 5: Составить отчет по лабораторной работе.

Инструкция по выполнению заданий лабораторной работы № 5

  1. Внимательно ознакомьтесь с вопросами для закрепления теоретического материала.
  2. Сформулируйте свой ствет на каждый вопрос и запишите его в тетрадь для лабораторных работ.
  3. Изобразите диаграмму Fe-Fe3 C. Заполните все области диаграммы (рис. 20).
  4. Изучите последовательность фазовых превращений при охлаждении и нагреве железо- углеродистых сплавов различного состава по ДСС Fe-Fe3 C.
  5. По заданию преподавателя постройте кривые охлаждения – нагрева железо-углеродистых сплавов с обозначением структурных и фазовых превращений.

Образец отчета по лабораторной работе № 5

    1. Изучить состояние железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов Fe-Fe3 C.
    2. Изучить структурные составляющие железо-углеродистых сплавов по диаграмме состояния сплавов Fe-Fe3 C.
    3. Изучить последовательность фазовых превращений при охлаждении и нагреве железо- углеродистых сплавов различного состава.
    4. Научиться строить кривые охлаждения — нагрева железо-углеродистых сплавов с различной концентрацией.

    Задание № 1: здесь необходимо дать определение основных структурных составляющих железо-углеродистых сплавов.
    Задание № 2: здесь должна быть представлена ДСС Fe-Fe3 C со структурным и фазовым составом отдельных областей диаграммы (рис. 20).

    Задание № 3: здесь должна быть описана последовательность фазовых превращений при охлаждении и нагреве железо- углеродистых сплавов различного состава по ДСС Fe-Fe3C.

    Задание № 4: здесь должны быть построены кривые охлаждения -нагрева железо-углеродистых сплавов с различной концентрацией углерода: К1 → С = К2 →С = (по заданию преподавателя) с обозначением структурных и фазовых превращений.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector