ЛР Матвед. Материаловедение
 Скачать 6.38 Mb.
|
|
Задача 1 Пользуясь построенной диаграммой «Fe - Fe3C», построить кривую охлаждения сплава с 0,7% С в координатах «температура - время», указав процессы, происходящие при охлаждении от жидкого состояния до кристаллизации сплава и полного охлаждения до комнатной температуры. Для построения кривой охлаждения стали на диаграмме состояния железо – цементит (рис. 1) проводим вертикальную прямую соответствующую содержанию углерода 0,7 %. Сплав, содержащий 0,7 % С, выше точки 1 находится в жидком состоянии. В сплаве только 1 фаза (Ж). При достижении температуры Т1 начинается процесс первичной кристаллизации, т. е. образование первых кристаллов аустенита. В интервале температур Т1 – Т2 при охлаждении из жидкости непрерывно выделяются кристаллы аустенита, с понижением температуры будет происходить уменьшение количества жидкого сплава и увеличение количества аустенита, в сплаве 2 фазы (Ж, А). Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. При температуре, соответствующей точке Т2 (линия солидуса или окончания первичной кристаллизации) процесс первичной кристаллизации завершится, и ниже этой температуры до точки Т3 сплав будет состоять только из кристаллов аустенита, в сплаве 1 фаза (А). В точке 3 начинается аллотропическое превращение железа, связанное с изменением типа кристаллической решетки Feγ (ГЦК) → Feα (ОЦК). Вместо твердого раствора углерода в γ-железе (аустенита) появляется твердый раствор углерода в α-железе (феррит). В интервале температур от точки 3 до точки 4 количество аустенита уменьшается, а количество феррита увеличивается. В сплаве 2 фазы (Ф, А).  Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 0,7 % Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в Feδ (высокотемпературная модификация) или в Feα (низкотемпературная модификация). По достижении точки 4 (линия PSK, температуры 727 оС) содержание углерода в аустените достигает 0,8 % (точка S). Этот аустенит будет подвергаться эвтектоидному (перлитному) превращению: А0,8%С → П (Ф0,025%С + Ц6,67%С) (1) На кривой охлаждения при температуре 727оС образуется горизонтальная площадка, свидетельствующая о том, что превращение протекает при постоянной температуре. В равновесии находятся 3 фазы (А, Ф, Ц). Перлит (П) – механическая смесь (эвтектоид), состоящая из феррита и цементита, содержит 0,8 % С. Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe3C – карбид железа), содержит 6,67 % углерода. Ниже точки 4 вследствие уменьшения растворимости углерода в α-железе появляющийся избыточный углерод выделяется и образуется цементит третичный. Однако количество этого цементита крайне мало, и им можно пренебречь. После окончательного охлаждения сплав будет иметь структуру феррит + перлит (рис. 2), в сплаве 2 фазы (Ф, Ц). Такой сплав называется доэвтектоидной сталью.  Рисунок 2 – Структура доэвтектоидной стали Задача 2 Пользуясь построенной диаграммой «Fe - Fe3C», построить кривую нагрева сплава с 4,4% С в координатах «температура - время», указав процессы, происходящие при нагреве от комнатной температуры до жидкого состояния. Построим кривую нагревания для сплава, содержащего 4,4 % углерода (рис. 3). Исходная структура сплава состоит из ледебурита (перлит + цементит) и цементита первичного, в сплаве 2 фазы (Ф, Ц). Такой сплав называется заэвтектическим белым чугуном. Ледебурит (Л) – механическая смесь (эвтектика), состоящая из перлита и цементита (при температуре ниже 727 оС) или из аустенита и цементита (при температуре выше 727 оС). Содержит 4,3 % С. До т. 1 происходит растворение цементита третичного вследствие увеличения растворимости углерода в феррите. Т.к. количество цементита третичного незначительно, его в структуре можно не учитывать. В т. 1 при постоянной температуре 727 ℃ (линия PSK) происходит эвтектоидное превращение: П (Ф0,025%С + Ц6,67%С) → А0.8%С (2) В равновесии находятся 3 фазы (Ф, Ц, А), С=2-3+1=0, на кривой нагревания образуется горизонтальная площадка. Выше точки 1 и до точки 2 в сплаве происходит растворение цементита вторичного вследствие увеличения растворимости углерода в аустените. Структура сплава состоит из ледебурита и цементита первичного, в сплаве 2 фазы (А, Ц).  Рисунок 3 – Диаграмма состояния Fe – Fe3C и кривая нагревания сплава, содержащего 5,4 % углерода В точке 2 при постоянной температуре 1147 ℃ (линия ECF) происходит эвтектическое превращение: Л (А0.8%С + Ц6,67%С) → Ж4,3%С С (3) В равновесии 3 фазы (А, Ц, Ж), С=2-3+1=0, на кривой нагревания ффобразуется горизонтальная площадка. В точке 2 начинается процесс плавления. От т. 2 до т. 3 сплав состоит из жидкого сплава и цементита первичного, 2 фазы (Ж, Ц). С повышением температуры до точки 3 количество жидкого сплава увеличивается, количество кристаллов цементит первичного уменьшается. В точке 3 процесс плавления завершится, и выше точки 1 сплав состоит только из жидкой фазы, 1 фаза (Ж). Структура данного заэвтектического белого чугуна при комнатной температуре представлена на рис. 4.  Рисунок 4 – Структура заэвтектического белого чугуна |