ТКМ Материаловедение лабы. лабы матвед. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
 Скачать 20.7 Kb.
|
|
4 Лаба Каково значение диаграммы железоуглеродистых сплавов? Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет большое практическое значение. Она используется для определения температур нагрева стали при различных видах термической обработки, при определении температурных интервалов для горячей обработки стали давлением (ковка, штамповка, прокатка), а также для определения температур плавления и кристаллизации стали и чугунов в литейном производстве. Какие полиморфные (аллотропные) модификации имеет железо, что они собой представляют и в каких температурных интервалах существуют? Кристаллизуясь, железо может существовать в двух полиморфных (аллотропных) модификациях: Feα (α-железо) в интервалах температур: от 1539ºС до 1392°С и от 911°С и ниже, с объемноцентрированной кристаллической решеткой (ОЦК) и Feγ (γ-железо) - 43 в интервале температур от 1392°С до 911°С с гранецентрированной решеткой (ГЦК). Какие фазы образуются на основе этих модификаций, что собой представляют эти фазы? Взаимодействуя с углеродом, Feα и Feγ могут образовывать ограниченные твердые растворы: Аустенит - ограниченный твердый раствор углерода в Feγ, т.е. Feγ(С). Максимальная растворимость углерода в аустените 2,14%, при t=1147°С (точка Е). При снижении температуры от 1147°С до 727°С растворимость углерода в этой фазе уменьшается по линии ЕS до 0,8% С (т. S). Феррит - ограниченный твердый раствор углерода в Feα, т.е. Feα(С). Максимальная растворимость углерода в феррите ≈ 0,02%, при t=727°С (точка Р). При понижении температуры от 727°С до комнатной растворимость углерода уменьшается по линии PQ до ≈ 0,006%. Так как цементит не взаимодействует, т.е. не растворяет в себе ни железо, ни углерод, то является одновременно и компонентом и одной из фаз системы сплавов Fe - Fе3С. Таким образом, в системе железо – углерод существуют следующие фазы: Жидкая фаза – Ж (L); Аустенит – А; Feγ(С); γ; Феррит – Ф; Feα(С); α; Цементит – Ц; Fе3С. Что собой представляет цементит, какова его роль в системе Fe - Fе3С? Цементит - второй компонент системы (карбид железа с химической формулой Fе3С), имеющий температуру кристаллизации ≈1250°С, обладающий орторомбической кристаллической решёткой, очень твёрд и хрупок, слабо магнитен до 210°C, содержащей 6,67% С по массе (остальное железо). Назовите линии первичной кристаллизации по диаграмме Fe - Fе3С и характеризуйте, какие структуры получаются в сплавах в результате первичной кристаллизации. Первичная кристаллизация идет по линиям AВCD - ликвидус и AHJECF - солидус. При температурах, отвечающих линии АBСD (начало кристаллизации), из жидкого сплава начинают выделяться кристаллы твердой фазы, и при температурах, соответствующих линии AHJECF, кристаллизация заканчивается. В сплавах с содержанием углерода до 4,3% кристаллизация начинается с выделения кристаллов аустенита, а в сплавах с содержанием углерода более 4,3% - кристаллов цементита. В сплавах, содержащих углерода до 2,14% (в сталях), первичная кристаллизация заканчивается на участке линии солидус и в результате стали получают однородную структуру – аустенит. При охлаждении сплавов с содержанием углерода 2,14 - 4,3% в интервале температур ликвидус - солидус, вследствие образования фазы - аустенит, содержащей углерода меньше средней концентрации его сплавах, остающаяся часть жидкой фазы обогащается углеродом до концентрации 4,3% при достижении температуры 1147°С. В сплавах, содержащих углерода более 4,3%, вследствие выпадения высокоуглеродистого цементита (6,67%), остающаяся в процессе охлаждения жидкая фаза обедняется углеродом до 4,3% при температуре 1147°С. Назовите линию эвтектического превращения, ее температуру и образующуюся на ней структуру. на линии ЕСF кристаллизация происходит с одновременным выпадением кристаллов аустенита и цементита. Эта механическая смесь называется эвтектикой или ле- 45 дебуритом; превращение называется эвтектическим (1); происходит оно у всех сплавов при одной и той же температуре (1147°С), и на диаграмме, и на кривых охлаждения соответствует горизонтальному участку. Таким образом, у любого сплава, начиная с содержания углерода 0,02% (правее точке Р) на линии PSK (727°С), аустенит имеет кон- 46 центрацию углерода - 0,8%, называемую эвтектоидной концентрацией (или эвтектоидным составом). Поэтому превращение на линии PSК происходит с одновременным выпадением кристаллов феррита и цементита, механическая смесь которых называется перлитом, а превращение называется эвтектоидным 3 лаба 1 .Нагревание 2.Термомеханический анализ ( ТМА ) – быстрый и универсальный аналитический метод испытания материалов, позволяющий измерять смещение образца (увеличение, усадку, перемещение и т. д.) в зависимости от температуры, времени и величины 3.График, показывающий зависимость между временем и температурой во время охлаждения материала. Используется для определения температур, при которых происходят фазовые 4.Критические точки стали или точки Чернова — критические температуры, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали при нагреве или охлаждении её в твёрдом виде. 5. В 4м написано 6.Для определения критических точек в сплаве используется специальная установка. Температура металла измеряется обычно при помощи термопары. Принцип измерения температуры следующий, термопара состоит из двух проволок разных металлов, соединенных одним концом в спай, два других конца подключены к потенциометру, позволяющему измерить ток очень малой разности потенциалов. При нагревании спая термопары возникает ток, величина которого прямо пропорциональна температуре, предварительно проградуировав шкалу потенциометра, этим прибором можно определять температуру 7.Диаграмма строится следующим образом: по оси абсцисс откладывается в масштабе процентное содержание исследуемых сплавов (рис.3.3), а на осях ординат, соответствующие этим сплавам, наносятся найденные критические температуры. На ординатах, соответствующих 100% Pb и 100% Sn, откладываются критические температуры чистых металлов. Все верхние точки (точки начала кристаллизации) соединяются между собой и образуют линию ликвидус АСD. Все нижние (точки конца кристаллизации) образуют линию солидус ЕСF. В случае небольших отклонений температур линии проводятся как средние между этими отклонениями. 9.Эвтектическое превращение (эвтектический распад жидкости) – это фактически многофазная кристаллизация, диффузионное разделение расплава на 2 одновременно образующиеся кристаллические 10.Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или 10.При переходе металлов из жидкого состояния в твердое образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы. Этот процесс называется кристаллизацией. 11.Основной особенностью в кристаллизации сплавов Pb-Sn является образование в конце кристаллизации эвтектики, представляющей собой структуру тонкой механической смеси кристаллов Pb и Sn, получающуюся путем одновременной кристаллизации обоих компонентов при постоянной температуре и определенной концентрации (60% Sn + 40% Pb). 11. У данной системы сплавов образование эвтектики происходит на линии ECF (солидус) при 180°С, ввиду чего эту линию называют линией Состав эвтектики в данной системе равен: 60% Sn и 40% Pb. Соответственно, сплав, имеющий такой состав, называют эвтектическим сплавом; после затвердения он имеет структуру эвтектики. Сплавы, имеющие концентрацию более 40% Pb (а, следовательно, менеe 60% Sn), называются доэвтектическими; их кристаллизация, согласно диаграмме, начинается по линии АС с выпадения кристаллов того компонента, которого в жидком растворе больше, чем в эвтектике, т.е. с кристаллов Pb. При t =180°С (линия ECF) состав оставшейся жидкой фазы (вследствие выпадения избыточного Pb) станет равным 40% Pb и 60% Sn и происходит окончательная кристаллизация - образуется эвтектика. Таким образом, структура доэвтектичееких сплавов будет состоять из кристаллов Pb и эвтектики. Сплавы с содержанием Pb менее 40% называются заэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выпадения кристаллов Sn, избыточных по отношению к эвтектическому составу; затем идет образование эвтектики, и после окончательного затвердевания их структура будет состоять из кристаллов Sn 12.В процессе кристаллизации изменяются концентрации фаз. Например, если из жидкого выделяются кристаллы одного компонента, то его концентрация в жидкой фазе должна уменьшаться, одновременно изменяются объемы жидкой и твердой фаз. В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить объемы, занимаемые фазами, и концентрацию в них компонентов, для этого применяется правило отрезков в точке «а», показывающей состояние сплава с концентрацией «к» При температуре t1 сплав состоит из кристаллов А и жидкости (А+Ж). При выделении из сплава кристаллов компонента А состав жидкости изменяется в сторону уменьшения в ней компонента А. При температуре t1 концентрация компонента А в жидкости определяется проекцией точки «d»; это максимальное количество компонента В, которое может содержать жидкость при t1. По достижении эвтектической температуры – t2, жидкость принимает эвтектическую концентрацию «СЭ». Следовательно, при охлаждении сплава концентрация жидкости меняется по кривой «ес». Выделяющиеся кристаллы А имеют постоянный состав - это чистый компонент А, концентрация которого лежит на вертикальной оси «оА». Первое положение правила отрезков формулируется следующим образом: Чтобы определить концентрацию компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область. Проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз. Объем фаз (в процентном отношении) можно также определить по правилу отрезков. Если точка «а» определяет состояние сплава, точка «d» - состав жидкой фазы, а точка «в» - состав твердой фазы, то отрезок «вd» определяет все количество сплава, отрезок «вa» - количество жидкости и отрезок «аd» - количество твердой фазы. Второе положение правила отрезков формулируется так: Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз. Правило отрезков в бинарных диаграммах состояния можно применять только в двухфазных областях. В однофазной области любая точка внутри области характеризует ее концентрацию. |