Материаловедение. Практическое задание 1 Используя диаграмму железо цементит описать структурнофазовые превращения для указанных на диаграмме сплавов 1 и Диаграмма состояния FeFe3C представлена на рис Сплав
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
Практическое задание № 1 1. Используя диаграмму железо – цементит описать структурно-фазовые превращения для указанных на диаграмме сплавов 1 и 2. Диаграмма состояния Fe-Fe3C представлена на рис 1. Сплав I (0,4 % С) Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии, в сплаве 1 фаза (Ж), число степеней свободы С=2-1+1=2. В точке 1 начинается процесс первичной кристаллизации, при котором образуются первые кристаллы аустенита. С понижением температуры до температуры, соответствующей точке 2, количество жидкой фазы уменьшается, а количество твердой фазы увеличивается, в сплаве присутствуют 2 фазы (жидкий сплав и аустенит), С =2-2+1=1. В точке 2 первичная кристаллизация завершается и ниже этой точки сплав состоит только из кристаллов аустенита, в сплаве 1 фаза (аустенит), С=2-1+1=2. Такое фазовое состояние сохраняется до точки 3. Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Максимальная растворимость углерода в γ-железе при 1147 ˚С составляет 2,14 %. При понижении температуры растворимость углерода в γ-железе уменьшается и при температуре 727 ˚С составляет 0,8 %. Аустенит обладает высокой пластичностью. В точке 3 начинается полиморфное превращение аустенита в α-феррит. С понижением температуры до точки 4 количество аустенита уменьшается, количество α-феррита увеличивается, С=2-2+1=1. Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Растворимость углерода в α-железе при нормальной температуре составляет 0,006 %. Максимальная растворимость углерода в α-железе достигается при температуре 727 ℃ и составляет 0,025 %. Феррит является самой мягкой структурной составляющей железоуглеродистых сплавов.  Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо – цементит и кривые охлаждения для сплавов 1 и 2 В точке 4 при постоянной температуре 727 °С (линия PSK) протекает эвтектоидное превращение, при котором аустенит с содержанием углерода 0,8 % превращается в механическую смесь феррита состава точки Р (0,02 % С) и цементита (6,67% С), называемую перлитом: A0,8%С →П (ФР + Ц), (1) . В равновесии находятся 3 фазы (аустенит, феррит, цементит), С=2-3+1=0, на кривой охлаждения образуется горизонтальная площадка. Перлитное превращение имеет диффузионный характер и начинается с образования зародышей в виде перлитных колоний на границах аустенитного зерна. В первую очередь образуется карбид (цементит), зародыши которого, как правило, образуются на границах зерен аустенита. В результате роста частиц этого карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное γ→α-превращение, которое, как всякая перестройка решетки в решетку, идет сдвиговым путем. При этом кристаллы феррита зарождаются на межфазных границах с цементитом, где этот процесс облегчен. Дальнейший рост ферритных пластин ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. В результате образования и роста частиц карбидов вновь создаются условия для возникновения новых и роста имеющихся кристаллов (пластинок) феррита. В результате происходит колониальный (совместный) рост кристаллов феррита и цементита, образующих перлитную колонию. Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C), содержит 6,67 % С. Цементит характеризуется высокой твердостью. Перлит (П) – механическая смесь (двухфазная эвтектоидная) феррита и цементита, содержащая 0,8 % углерода. Он образуется при температуре 727 ˚С в результате распада аустенита в процессе его охлаждения. При дальнейшем охлаждении сплава до комнатной температуры происходит уменьшение растворимости углерода в α-феррите и выделение избыточного углерода с образованием цементита третичного, количество которого невелико и им можно пренебречь. Структура сплава после полного охлаждения состоит из феррита и перлита, в сплаве 2 фазы (Ф, Ц), С= 2-2+1=1. Такой сплав называется доэвтектоидной сталью (рис. 2).  Рисунок 2 – Структура доэвтектоидной стали Сплав II (3 % С) Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии, число степеней свободы С=2-1+1=2. При температуре, соответствующей точке 1, начинается кристаллизация аустенита из жидкого расплава. При охлаждении от точки 1 до точки 2 происходит кристаллизация аустенита из жидкого расплава. От точки 1 и до точки 2 в сплаве 2 фазы (жидкий сплав и аустенит), С=2-1+1=2. Точка 2 находится на линии эвтектического превращения. При температуре эвтектического превращения (tэ =1147° С) происходит кристаллизация ледебурита, состоящего из аустенита и цементита: Ж 4,3%С→ Л (А + Ц). (2) Число степеней свободы C=k-f+1=2-3+1=0 (в равновесии находятся 3 фазы-жидкость, цементит и аустенит). На кривой охлаждения будет наблюдаться горизонтальный участок 2-2’. Ледебурит – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита в интервале температур 727–1147 °C, или перлита и цементита ниже 727 °C. Имеет высокую твердость и хрупкость. От tэ (1147 °С) до точки 3 (727 °С), соответствующей линии PSK, из аустенита как свободного, так и входящего в ледебурит, выделяется избыточны углерод и образуется вторичный цементит, и содержание углерода понижается до 0,8 %. Следовательно, в этом интервале температур сплав состоит из ледебурита, аустенита и вторичного цементита. В сплаве 2 фазы (аустенит и цементит), С = 2-2+1=1 При температуре 727 °С (точка 3) происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит согласно (1). На кривой охлаждения будет наблюдаться горизонтальный участок 3-3’; С = 2-3+1=0. Ниже температуры точки 3 (727 °С) сплав состоит из следующих структурных составляющих: ледебурита, перлита и вторичного цементита. В равновесии будет находится 2 фазы – феррит и цементит. Количество степеней свободы (C) равно C=2-2+1=1. Сплав II является доэвтектическим белым чугуном (рис. 3).  Рисунок 3 – Структура доэвтектического белого чугуна |