1.Начертить диаграмму состояний «железо-цементит», провести на ней ординату, соответствующую заданному сплаву, обозначить на ней все критические точки.
2.Рядом с диаграммой справа начертить кривую охлаждения данного сплава, показав связь критических точек на диаграмме и кривой охлаждения.
3.Описать сущность превращений, происходящих в сплаве при медленном охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной. Обязательно пояснить причины вызывающие превращения.
4.На ординате сплава отметить точку, соответствующую заданной температуре и провести через нее коноду. Пользуясь правилом отрезков, определить фазы, составляющие сплав при заданной температуре; их количество (в %) и состав (содержание компонентов в %).
Исходные данные:
Количество углерода 2,00;
Температура 1350 С
Решение
Диаграмма состояния «железо - карбид железа» показана на рисунке 1.
Основными компонентами, от которых зависит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. Чистое железо - металл серебристо-белого цвета; температура плавления 1539°С. Железо имеет две полиморфные модификации: α и γ. Модификация α существует при температурах ниже 911°С и выше 1392°С; γ-железо- при 911-1392°С [3].
В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие.
6348730114300001991360-106045Сплав с 2%С
00Сплав с 2%С
227012523622000-228600114300006515100228600Ж
С=2+1-1=2
00Ж
С=2+1-1=2
58293000Т,0С
00Т,0С
625157517970500
2276475177165 1
00 1
6515100186690 1
00 1
2790825273685 c
00 c
6463665-190500229171564770006743700108585А+ Ж
С=2+1-2=1
00А+ Ж
С=2+1-2=1
230314530480 a
00 a
223202512446000124777578105 b
00 b
148209020574000278701520574000143446514859000
7137400274320 2
00 2
2276475160020 2
00 2
2011680281940 3
00 3
7239000167005А
С=2+1-1=2
00А
С=2+1-1=2
7139940857250022155159525000
7031355289560 3
00 3
723519020764600229171520764500
7710170102870А+ Ц
С=2+1-2=1
00А+ Ц
С=2+1-2=1
3429001885950068580043434000-49187106858000
20878802520954
004
77584302520954
004
82296002425704,
004,
7654290177800008018145168275008324850164465005943600164465007086600278765А → П
С=2+1-3=0
00А → П
С=2+1-3=0
7886700200660Ц+П(Ф+ Ц)
С=2+1-2=1
00Ц+П(Ф+ Ц)
С=2+1-2=1
625157518796000
811530044450τ, мин
00τ, мин
Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения сплава с содержанием 2% С
Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая растворимость - 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ 80-100) и прочность (σв=250 МПа), но высокую пластичность (δ=50%; φ=80%).
Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14% при температуре 1147°С и 0,8% - при 727°С. Эта температура является нижней границей устойчивого существования аустенита в железоуглеродистых сплавах
. Аустенит имеет твердость НВ 160-200 и весьма пластичен (δ=40-50%).
Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ~800), хрупок и практически не обладает пластичностью. Цементит неустойчив и в определенных условиях распадается, выделяя свободный углерод в виде графита.
Графит - это свободный углерод, мягок (НВ 3) и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в виде включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.
Перлит (П) - механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита (пластинки или зерна) и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности σв=800 МПа; относительное удлинение δ=15%; твердость НВ 160.
Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ 600-700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом [1].
Построим кривую охлаждения стали с содержанием 2% С (рис.1) с использованием правила фаз Гиббса.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии [2].
Этот сплав относится к заэвтектоидным сталям (стали - сплавы содержащие более 0,8% С )
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
