Опишите фазовые превращения в сплаве с содержанием углерода Х % при охлаждении. Определите структуру и фазовый состав при заданной температуре Х °С.
Данные для каждого варианта задания берутся из таблицы в приложении, по номеру, соответствующему номеру в списке группы. Задание: Вычертите метастабильную диаграмму железо-углерод (см. рисунок). Приведите основные свойства и строение железа, цементита и графита. Опишите фазовые превращения в сплаве с содержанием углерода Х % при охлаждении. Определите структуру и фазовый состав при заданной температуре Х °С.
Решение
Буквенное обозначение узловых точек в диаграмме железо - цементит является общепринятым как в России, так и за рубежом (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Диаграмма железо – цементит
Имеющиеся во всех областях диаграммы фазы видны на рисунке. Значение всех линий указано в таблице 1.1.
Ликвидус по всей диаграмме проходит по линиям АВ, ВС, СD; солидус - по линиям АН, НJ, JЕ, ЕСF. Сплавы железа с углеродом обычно делят на стали и чугуны. Условной границей для такого деления является 2,14 % С (точка E). Сплавы, содержащие углерода менее 2,14 %, относятся к сталям, более 2,14 % - к чугунам.
Таблица 1.1 – Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо-углерод
Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения. Обозначаются буквой А. В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс «с» (от слова chauffage – нагрев) при нагреве и индекс «r» (от слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.
Таким образом, например, нагрев доэвтектоидной стали выше соответствующей точки на линии GS обозначается как нагрев выше точки АС3. При охлаждении же этой стали первое превращение должно быть обозначено как Аr3, второе (на линии РSК) - как Аr1.
Имеется много методов построения диаграммы состояния (дилатометрический, электрический, магнитотермический, термический и др.). Сущность любого из них сводится к нахождению критических точек при нагреве или охлаждении металлов и сплавов. Критическими точками называются температуры, при которых начинаются и/или заканчиваются какие-либо превращения в сплавах. Определив экспериментально критические точки серии сплавов, строят полную диаграмму состояния в координатах «температура – концентрация». Диаграмма состояния железо-цементит (рис. 1.1) охватывает сплавы, содержащие углерод в количестве от 0 до 6,67 %. При содержании 6,67 % углерода он образует химическое соединение с железом Fe3C – карбид железа, называемый также цементитом.
На этой диаграмме точка А (1539° С) соответствует температуре плавления (затвердевания) железа, а точка D (~ 1600° С) - температуре плавления (затвердевания) цементита. Линия ACD — это линия ликвидуса, показывающая температуры начала затвердевания (конца плавления) сталей и белых чугунов. При температурах выше линии ACD — сплав жидкий. Линия AECF — это линия солидуса, показывающая температуры конца затвердевания (начала плавления).
По линии ликвидуса АС (при температурах, соответствующих линии АС) из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а по линии ликвидуса CD — цементит, называемый первичным цементитом
. В точке С при температуре 1147° С и содержании 4,3% углерода из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит первичный, образуя эвтектику, называемую ледебуритом. При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окончательно затвердевают с образованием структуры аустенита. На линии солидуса ЕС (1147 0С) сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 4,3% окончательно затвердевают с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделяется аустенит, следовательно, такие сплавы после затвердевания имеют структуру аустенит+ледебурит.
На линии солидуса CF (1147° С) сплавы с содержанием углерода от 4,3 до 6,67% окончательно затвердевают также с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделяется цементит (первичный), следовательно, такие сплавы после затвердевания имеют структуру — первичный цементит +ледебурит.
В области АСЕ А, между линией ликвидуса АС и солидуса АЕС, имеется жидкий сплав + кристаллы аустенита; в области CDF, между линией ликвидуса CD и солидуса CF, — жидкий сплав + кристаллы цементита (первичного). В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14% образуется однофазная структура — аустенит.
Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кристаллизации в равновесных условиях получается аустенитная структура, называют сталями. Следовательно, сталь — это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14%.
Сплавы с содержанием углерода более 2,14%, в которых при кристаллизации образуется эвтектика, ледебурит, называют чугунами. Следовательно, чугун — это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14%.
В рассматриваемой системе практически весь углерод находится в связанном состоянии, в виде цементита. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми.
В железоуглеродистых сплавах превращения в твердом состоянии характеризуют линии GSE, PS/C, PQ.
Линия GS показывает начало превращения аустенита в феррит (при охлаждении). Следовательно, в области GSP имеется структура аустенит - феррит. Критические точки, лежащие на линии GS обозначают А3; при нагреве их обозначают Ас3, а при охлаждении - Аг3
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
