Практическая работа 2 анализ диаграммы состояния железоцементит цель работы
 Скачать 0.83 Mb.
|
Практическая работа №2 АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ 1. Цель работы Научиться строить кривую охлаждения железоуглеродистого сплава с определённым содержанием углерода по диаграмме состояния сплавов, пояснять структурные превращения для заданного сплава в критических точках кривой охлаждения. 2. Краткие теоретические сведения Для определения температурных интервалов, видов термической обработки, температуры плавления и заливки сплава в литейные формы пользуются специальными диаграммами состояния сплавов. Диаграмма состояния сплавов -графическое изображение фазового состояния сплавовв зависимости от температуры и концентрации компонентов. Для построения диаграмм состояния сплавов используют множество кривых охлаждения сплавов с различными концентрациями компонентов в зависимости от температуры и времени охлаждения. Однотипные критические точки (например, соответствующие температурам плавления сплавов) кривых охлаждения соединяют линией. Замкнутая область на диаграмме состояния, ограниченная линиями, имеет однотипную структуру. Рисунок 1 – Диаграмма состояния сплавов Fe-Fe 3 C Таблица 1 – Основные точки диаграммы Fe-Fe 3 C Оси диаграммы состояния: - ось абсцисс имеет двойную маркировку: в массовых долях углерода (0-6,67%); в массовых долях цементита (0-100%). - ось ординат промаркирована в градусах Цельсия (600-1539°С), начало оси ординат диаграммы состояния со значением температуры 600 градусов связано с тем, что до 600°С в Fe-C сплавах не наблюдаются фазовые превращения. Линии диаграммы состояния: - ликвидус ABCD; - солидус AHJECF; - перекристаллизация (полиморфные превращения) HN, JN, GS, GP; - изотермические превращения: HJB (перитектическое), ECF (эвтектическое), PSK (эвтектоидное). Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов(рис.1): Феррит (Ф) -твердый раствор внедрения углерода вα-железе.Наибольшая растворимость углерода в феррите 0,02 % при 727ºС. Феррит имеет незначительную твёрдость (НВ 80-100) и прочность (σ в =250 МПа), но высокую пластичность (δ=50 %; Ψ=80 %). Аустенит (А) -твердый раствор внедрения углерода вγ-железе.Существует только привысоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14 % при температуре 1147ºС и 0,8 % при 727ºС. Аустенит имеет твёрдость НВ 160 - 200 и пластичность δ= 40 - 50 % Цементит (Ц) -химическое соединение железа с углеродом(карбид железаFe 3 C). Вцементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600ºС. Имеет сложную кристаллическую решетку. Самая твердая (НВ800) и хрупкая составляющая железоуглеродистых сплавов. Перлит -механическая смесь феррита и цементита,содержащая0,8%углерода. Образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при температуре 727ºС. Этот Обозначение Координаты точки Примечания C, % Fe 3 C, % t,°С А 0 0 1539 Точка плавления чистого железа H 0,1 1,5 1499 Предельная концентрация углерода в высокотемпературном феррите J 0,16 2,4 1499 Концентрация углерода в аустените при перитектическом превращении B 0,51 7,6 1499 Концентрация углерода в жидком сплаве при перитектическом превращении N 0 0 1392 Точка высокотемпературного γ↔α превращения железа D 6,67 100 1260 1550 Точка плавления чистого цементита (данные разнятся) E 2,14 32,1 1147 Предельная концентрация углерода в аустените C 4,3 64,5 1147 Эвтектическая точка сплава F 6,67 100 1147 Правый конец эвтектической линии ECF G 0 0 911 Точка низкотемпературного γ↔α превращения железа P 0,02 0,3 727 Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите S 0,8 12,0 727 Эвтектоидная точка сплава K 6,67 100 727 Правый конец эвтектоидной линии PSK Q 0,006 0,09 500 Минимальная растворимость углерода в низкотемпературном феррите L 6,67 100 500 Нижний конец вертикали цементита DFKL 2.Провести анализ структурных превращений для заданных сплавов в критических точках кривой охлаждения. 3. Указать название сплава и его структуру. 4. Определить фазовый состав сплава системы Fe - С с заданным содержанием углерода при температуре, указанной согласно своему варианту (таблица 4). Таблица 4 – Варианты заданий Вариант Содержание углерода в сплаве/температура °С Вариант Содержание углерода в сплаве/температура °С 1 0,9 / 1390 16 0,5 / 815 2 2,4 / 1200 17 1,7 / 950 3 0,5 / 800 18 2,6 / 1280 4 0,7 / 750 19 0,4 / 870 5 2 / 1200 20 1,9 / 1000 6 1,5 / 1300 21 3,5 / 1210 7 0,4 / 790 22 1,1 / 800 8 1,3 / 1450 23 1,2 / 911 9 2,6 / 1150 24 1,5 / 1340 10 1,6 / 1400 25 0,7 / 800 11 2,8 / 1270 26 3,2 / 1350 12 0,9 / 1410 27 0,9 / 750 13 3,8 / 1270 28 3,5 / 1250 14 2,3 / 1320 29 1,9 / 1050 15 1,1 / 850 30 1,3 / 870 Пример выполнения работы По диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов построить кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 5,5 % с последующим анализом структурных превращений. Для заданного сплава по диаграмме состояния критические точки будут при температурах 1420, 1147 и 727°С. Данный сплав представляет собой заэвтектический чугун. При температурах выше 1420°С сплав находится в жидком состоянии. При температуре 1420°С в сплаве начинают образовы в аться твердые частицы первичного цементита. При температуре 1147°С сплав полностью переходит в твердое состояние. Структура состоит из включений цементита и эвтектики (ледебурита), который представляет собой механическую смесь аустенита и цементита. При температуре 727°С аустенит перекристаллизуется в перлит, поэтому структура сплава при более низких температурах состоит из включений первичного цементита и ледебурита, представляющего собой механическую смесь перлита и цементита. 4. Содержание отчета 1. Название практической работы. 2. Цель работы. 3. Задание согласно своему варианту. 4. Кривая охлаждения. 5. Анализ структурных превращений в критических точках кривой охлаждения. 6. Название сплава, его структура. 7. Фазовый состав сплава. 5. Контрольные вопросы 1.Какие структурные составляющие могут присутствовать в железоуглеродистых сплавах и что они собой представляют? 2.Что показывают линии ECF, PSK, CD, SE и QP диаграммы Fe-Fe 3 C? 3.Что собой представляет феррит, аустенит? 4.При какой температуре протекает, и в чем заключается эвтектическое превращение? 5.При какой температуре протекает, и в чем заключается эвтектоидное превращение? 6.Приведите точки диаграммы, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектоидные и заэвтектоидные стали, доэвтектические и заэвтектические чугуны. 7.Какие характерные структуры образуются в сталях и белых чугунах при комнатной температуре? ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Таблица 1 - Структура сталей в равновесном состоянии Микроструктура Схема микроструктуры Описание микроструктуры Технически чистое железо С<0,02% Структура: феррит (С<0,006%) + третичный цементит (С= 0,006- 0,02%). Фазы: феррит + цементит Доэвтектоидная сталь 0,02%<С<0,8% Структура: темные зерна пластинчатого перлита + феррит. Фазы: феррит + цементит Эвтектоидная сталь С = 0,8% Структура: 100% пластинчатый перлит. Фазы: феррит + цементит. Заэвтектоидная сталь 0,8%<С<2,14% Структура: темные зерна пластинчатого перлита + тонкая сетка вторичного цементита. Фазы: феррит + цементит. Таблица 2 – Структура белых чугунов Микроструктура Схема микроструктуры Описание микроструктуры Доэвтектический белый чугун (2,14%<С<4,3%) Структура: перлит + цементит вторичный + ледебурит (перлит+цементит). Фазы: феррит+цементит. Эвтектический белый чугун (С=4,3%) Структура: ледебурит (перлит+цементит). Фазы: феррит+цементит. Заэвтектический белый чугун (4,3%>С<6,67%) Структура: цементит первичный + ледебурит (перлит+цементит). Фазы: феррит+цементит. П Л Ц II П Ц II Л Л Ц I |
в
=800 МПа; относительное удлинение δ=15 %; твёрдость НВ 160.
Ледебурит -механическая смесь(эвтектика)аустенита и цементита,содержащая
4,3 %углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147ºС.
Ледебурит имеет твёрдость НВ 600 - 700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727ºС аустенит превращается в перлит, то при более низких температурах ледебурит представляет собой уже смесь перлита и цементита.
Таблица 2 – Структурная классификация железоуглеродистых сплавов
С,%
Название сплава
Структура при комнатной температуре
Применение сплавов
0,006-0,02
Техническое железо
Ф + Ц
ΙΙΙ
Сердечники трансформаторов
0,02-0,8
Доэвтектоидная сталь
Ф + П
Полуфабрикаты для деталей машин и конструкций
0,8-2,14
Заэвтектоидная сталь
П + Ц
ΙΙ
Режущий, деформирующий и мерительный инструмент
2,14-4,3
Доэвтектический
(конструкционный) чугун
1.Ферритная – Ф+Г
2.Феррито-перлитная
–
Ф+П+Г
3.Перлитная – П+Г
Фасонные отливки
4,3-6,67
Заэвктектический чугун
(П+Ц) + Ц
Ι
Исследовательские сплавы
3. Порядок выполнение работы
1. По диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.1) построить кривые охлаждения для сплавов с указанным в таблице 3 (согласно своему варианту) содержанием углерода.
Таблица 3 – Варианты заданий
Вариант Содержание углерода в сплаве
Вариант
Содержание углерода в сплаве
1 0,2; 0,9 16 0,5; 2,3 2
0,6; 2,4 17 0,8; 1,7 3
0,5; 1 18 1,2; 2,6 4
0,7; 1,4 19 0,4; 1,8 5
2; 3,2 20 0,9; 2,5 6
1,5; 3 21 0,3; 3,5 7
0,5; 4 22 1,1; 4,5 8
1,3; 5 23 0,5; 1,2 9
0,4; 2,6 24 1,5; 3,3 10 0,3; 1,6 25 0,7; 2,4 11 1,5; 2,8 26 0,3; 3,2 12 0,9; 3,4 27 0,9; 3,6 13 0,2; 3,8 28 0,5; 4,3 14 0,7; 2,3 29 0,9; 3,2 15 1,1; 3,2 30 1,3; 4,5