материаловедение. Материаловедение. Контрольная работа по дисциплине "Материаловедение" Вариант 19 Студент группы сзи 14 опу лагно В. А
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
Министерство транспорта РФ Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Дальневосточный государственный университет путей сообщения Кафедра “Технология металлов” Контрольная работа по дисциплине: “Материаловедение” Вариант - 19 Выполнил: Студент группы СЗИ 14 ОПУ Лагно В.А. Шифр: КТ20-ЭЖД(СТ) – 119 Проверил: Лихачев Е.А. Хабаровск 2021 Вариант 19 Вопрос №19 - Приведите диаграмму состояния железо–цементит. Дайте характеристику фаз диаграммы? Диаграмма состояния системы «Fe–C» занимает особое место в металловедении, так как она является базой для анализа формирования структуры самых распространенных промышленных сплавов - сталей и чугунов. Сплавы железа с углеродом, содержащие менее 2,14 % углерода называют сталями, содержащие от 2,14 % до 6,67 % углерода – чугунами. В сплавах железа с углеродом существуют две высокоуглеродистые фазы: метастабильная – цементит и стабильная – графит. Поэтому различают две диаграммы состояния: метастабильную - «Fe - Fe3С» и стабильную – «Fe - C». На диаграмме состояния «железо - цементит» даны фазовый состав и структура сплавов с концентрацией от чистого железа до 6,67 % углерода, концентрация цементита изменяется от 0 % до 100 % (рис. 1). На диаграмме «Fe - Fe3С» концентрация углерода (по массе) для характерных точек следующая: Q– 0,006 %, P– 0,02 %, S– 0,8 %, E– 2,14 %, C– 4,3 %, L–6,67 %.  Рис. 1. Диаграмма состояния «Fe - Fe3С» При атмосферном давлении железо может находится в двух модификациях: низкотемпературная модификация -Fe с ОЦК решеткой существует до 910С, выше этой температуры образуется модификация -Fe, которая имеет ОЦК решетку. Углерод образует твердые растворы внедрения на базе полиморфных модификаций железа. Феррит – твердый раствор углерода в -Fe (от лат. ferrum – железо). Феррит – малопрочная и пластичная фаза, так как представляет собой почти чистое железо, при комнатной температуре растворимость углерода в -Fe не превышает 0,005 %, при температуре 727 °С составляет 0,02 %. Аустенит (по имени английского ученого Робертс-Аустена) – это высокотемпературная пластичная фаза с невысокой прочностью, представляет собой твердый раствор углерода в -Fe с ГЦК решеткой, при температуре 727°С растворимость углерода в аустените составляет 0,8 %, предельная растворимость углерода в аустените достигает 2,14 % при температуре 1147°С. При медленном охлаждении аустенит распадается на перлит. Цементит – карбид железа Fe3С, фаза с высокой твердостью, но хрупкая. В обычных условиях кристаллизации в двойных сплавах железа с углеродом соединение Fe3C является достаточно стабильным и может существовать без изменений как угодно долгое время. Но, при длительных выдержках в интервале температур 650 – 730С или при введении графитизирующих добавок, соединение Fe3C распадается с образованием графита и железа. Перлит – это структура, которая образуется при эвтектоидном превращении аустенита при среднем содержании углерода 0,8 %; обычно перлит состоит из чередующихся тонких пластинок феррита и цементита, обладает средней прочностью и невысокой твердостью (рис.2). Эвтектоидные колонии зарождаются на границах зерен аустенита, по окончании эвтектоидного распада на месте каждого аустенитного зерна оказывается несколько колоний перлита. Образование перлита – это диффузионный процесс: 0,8 % C в аустените за счет диффузии перераспределяются в соответствии с диаграммой состояния, 0,02 % C находится в феррите и 6,67 % C – в цементите. Полированная и протравленная поверхность шлифа приобретает перламутровый оттенок, поэтому эвтектоидная смесь феррита с цементитом получила название перлит (от лат. pearl – жемчужина).  Рис. 2. Микроснимок структуры (а) и схематический разрез (б) колонии перлита Чем выше скорость охлаждения аустенита, тем мельче пластины эвтектоидной смеси, такие структуры получили отдельные названия сорбит и троостит, соответственно. При дальнейшем увеличении скорости охлаждения диффузионный распад на феррито-цементитную смесь не успевает произойти. В результате бездиффузионного превращения аустенита образуется очень твердая, хрупкая фаза мартенсит с игольчатой структурой (рис.3, а,б).   Рис. 3. Микроструктура аустенита (а) и мартенсита (б), ×500 В соответствии с диаграммой состояния стали делятся на доэвтектоидные (до 0,8 % углерода), эвтектоидные и заэвтектоидные (свыше 0,8 % углерода). Эти группы отличаются структурой, свойствами и назначением. Микроструктура доэвтектоидной стали с концентрацией углерода от 0 % до 0,005 % представляет собой феррит (рис.4, а). Микроструктура доэвтектоидной стали с концентрацией углерода 0,2 % – 0,3 % представляет собой смесь зерен феррита и перлита, при повышении концентрации углерода до 0,45 % – 0,55 %, зерна феррита в виде хлопьев располагаются по границам исходного аустенитного зерна и окружают колонии перлита (рис.4, б). Эвтектоидная сталь с концентрацией углерода 0,8 % имеет структуру перлита (рис.4, в), заэвтектоидная сталь с 1,1 % углерода представляет собой колонии перлита, окруженные по границам тонкой светлой сеткой вторичного цементита (рис.4, г).   а) б)   в) г) Рис. 4. Микроструктура феррита (а), доэвтектоидной стали с концентрацией углерода 0,45 % – 0,55 % (б), эвтектоидной стали с концентрацией углерода 0,8 % (в), заэвтектоидной стали с концентрацией углерода 1,1 % – 1,3 % (г), ×500. Задача № 39 Количество углерода, % - 6,30 Температура, °С – 1000 На рисунке 2 показана диаграмма Fe-Fe3C и кривая охлаждения исследуемого сплава. Сплав - заэвтектический белый чугун (4,3 % < С < 6,67 %). Кристаллизация этого сплава начинается в точке 1 с выделения кристаллов цементита первичного. При последующем охлаждении жидкая фаза обедняется углеродом по линии ликвидус (СД) и к моменту окончания кристаллизации (точка 2) достигает эвтектического состава (4,3 % С, точка С). В результате эвтектического превращения оставшейся жидкости сплав будет состоять из кристаллов цементита первичного и ледебурита: ЦI + Л [А2,14 + ЦI]. При дальнейшем понижении температуры до окончательного охлаждения чугуна кристаллы цементита первичного никаких превращений не претерпевают, а окончательно структура ледобурита: ЦI + Л [П (Ф0,02 + ЦII) + ЦII + ЦI]. Микроструктура белых чугунов приведена на рис. 1. а б в    Рис. 1. Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектического, × 100; б – эвтектического, × 500; в – заэвтектического, × 500 При микроисследовании структур белого чугуна, особенно таких, в которых много ледебурита, различить вторичный и третичный цементит практически не представляется возможным, так как он сливается с эвтектическим цементитом. Обязательной структурной составляющей белых чугунов является ледебуритная эвтектика, которая отличается большой хрупкостью, а это вызывает хрупкость чугунов. Наиболее хрупок заэвтектический чугун, который, кроме ледебурита, имеет крупные хрупкие кристаллы первичного цементита. В точке заданной температуры химический состав сплава состоит:   Структурные превращения в рассматриваемом сплаве. В точке 1 Чугун начинают кристаллизоваться с выпадением из жидкого расплава кристаллов цементита, который в данном случае называют первичным. По мере уменьшения температуры доля кристаллов первичного цементита нарастает, а относительное количество жидкой фазы уменьшается. При этом жидкий расплав углеродом обедняется (по причине выпадения из жидкости богатого углеродом цементита) на линии эвтектического превращения (1147 0С) EF – точка 2 не успевая закристаллизоваться, жидкая фаза будет содержать 6,3% углерода (т.е. по химическому составу будет соответствовать точке 2). При указанной температуре эта жидкость превратится в ледебурит, по средствам эвтектической реакции. После завершения эвтектического превращения сплав будет состоять из кристаллов первичного цементита и ледебурита, представляющего собой механическую смесь аустенита с цементитом. На линии эвтектоидного превращения PSK (727 0С) – точка 3 аустенит, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит. Таким образом, при температурах ниже сплав состоит из зёрен первичного цементита и ледебурита, представляющего собой механическую смесь перлита с цементитом.  Рис. 2. диаграмма Fe-Fe3C и кривая охлаждения исследуемого сплава |