Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Теоретические сведения





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Диаграмма сплавов железа с углеродом дает представление о превращениях, строении и области существования сталей и сплавов в зави­симости от температуры и содержания углерода. Начало изучению этой диаграммы было положено русским ученым Д.К.Черновым в 1868 году.

В зависимости от внешних условий углерод в равновесии с жидкой фазой и твердыми растворами на базе железа может находиться в ви­де цементита (метастабильное равновесие) и графита (стабильное равновесие). В связи с этим существуют два варианта диаграммы сплавов железа с углеродом - "железо-цементит" (метастабильиая) и "железо-графит" (стабильная). Большее практическое значение имеет метастабильная диаграмма, так как с ее помощью объясняют не только превращения в сталях и белых чугунах, но она является основой для рационального выбора оптимальных режимов термической обработки железоуглеродистых сплавов.

В железоуглеродистых сплавов при нагревании или охлаждении по­лучаются следующие структурные составляющие: феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит (табл.1).

 

Таблица 1

 

№ п/п Название структуры Тип структуры Содержание углерода % Число фаз Механические свойства Характеристика структуры
σв, МПа δ,% НВ, МПа
феррит Твёрдый раствор углерода в α-железе с ограниченной растворимостью От 0,006 (при 00С) до 0,025 (при 7270С) 800…1000 Пластичная, но не прочная
аустенит Твёрдый раствор углерода в γ-железе с ограниченной растворимостью От 0,08 (при 7270С) до 2,14 (при 11470С) 1800…2000 Очень пластичная
Цементит Химическое соединение железа с углеродом (Fe3C) 6,67 Очень твёрдая и хрупкая
перлит Механическая смесь феррита с цементитом 0,8 Средние прочность и пластичность
ледебурит Механическая смесь перлита и цементита (ниже 7270С) и аустенита и цементита (выше 7270С) 4,3 1…2 4500…5000 Твёрдая и хрупкая.

 

Таблица 2

 


Обозначение линий Фазовые превращения на линиях (при охлаждении) Перечень фаз Количество фаз Число степеней свободы
АС Начало выделения аустенита из жидкости Аустенит + жидкость
АЕ Конец выделения аустенита из жидкости Аустенит + жидкость
ЕС Конец выделения аустенита из жидкости и образование ледебурита Аустенит + Цементит + жидкость
СД Начало выделения цементита (первичного) из жидкости Жидкость + цементит
CF Конец выделения цементита (первичного) из жидкости и образование ледебурита из жидкости Жидкость + цементит + аустенит
ECF Образование ледебурита из жидкости Жидкость + аустенит + цементит
GS Начало выделения феррита из аустенита Аустенит + феррит
PS Конец выделения феррита из аустенита и образование перлита из аустенита Аустенит + феррит + цементит
PSK Образование перлита из аустенита Аустенит + феррит + цементит
ES Начало выделения цементита (вторичного) из аустенита Аустенит + цементит
SK Конец выделения цементита (вторичного) из аустенита и образование перлита из аустенита Аустенит + цементит + феррит
PQ Начало выделения цементита (третичного) из феррита Феррит + цементит

Таблица 3

 

Обозна-чение точек Фазовые превращения в точках (при нагревании и охлаждении) Содер жание углерода % Соответст-вующая точкам температура Перечень фаз Количество фаз Количество степеней свободы Примечания
А Температура плавления и затвердевания чистого железа Жидкость + кристаллы железа - Правило фаз Гибсона к однокомпанентным системам неприменимо
D Температура плавления и затвердевания цементита 6,67 Жидкость + цементит (первичный)  
С Плавление и образование ледебурита 4,30 Жидкость + цементит + аустенит  
Е Максимальное растворение углерода в аустените 2,14 Жидкость + аустенит + цементит  
S Минимальное растворение углерода в аустените 0.8 Аустенит + феррит + цементит  
G Превращение α- железа в γ – железо или наоборот Железо + железо -  
Р Максимальное растворение углерода в α - железе 0,025 Аустенит + феррит + цементит (вторичный)  
Q Минимальное растворение углерода в α - железе 0,006 Феррит + цементит (третичный)  
К Нет фазовых превращений 6,67 Цементит (первичный)  
Р Нет фазовых превращений 6,67 Цементит (первичный)  
О Магнитное превращение Чистое железо    

 

 

Диаграмма сплавов железа с углеродом строится в координатах температура-концентрация углерода (рис. I). При анализе рассматриваются линии и точки диаграммы (табл.2 и 3), применяются прави­ла фаз и отрезков.


Рисунок 1. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом и кривая охлаждения сплава с 3% углерода.

 

Формирование фаз или структур в сплавах можно изучить, рассматривая по диаграмме процессы, происходящие в них при охлаждении или нагреве.

На диаграмме сплавов железа с углеродом фазами являются: жидкий расплав, аустенит, феррит, цементит.

Горизонтальные линии на диаграмме отвечают трехфазным равновесным состояниям сплавов. При температуре 1147°С (линия ECF) в сплавах с концентрацией углерода от 2,14 до 6,67% происходит эвтек­тическое превращение: из жидкости одновременно выпадают кристаллы аустенита и цементита. Такая механическая смесь называется ледебу­ритом.

Во всех сплавах с концентрацией углерода более 0,02% при тем­пературе 727°С (линия PSK) происходит эвтектоидное превращение, заключающееся в распаде аустенита на дисперсную механическую смесь чередующихся пластинок феррита и цементита, которая называется пер­литом.

Таким образом, цементит может образовываться из жидкой и твердой фаз. Цементит, выделяющийся из жидкого расплава, называет­ся первичный, из аустенита - вторичным, из феррита - третичным.

В качестве примера проследим за формированием структуры спла­ва с содержанием углерода 3%. Из точки, соответствующей содержа­нию углерода 3% восстановим перпендикуляр (рис.1). Точки пересе­чения с линиями диаграммы обозначим 1,2,3. В этих точках происхо­дят температурныe превращения. Для построения кривой охлаждения спроектируем точки I, 2, 3 на систему координат "температура - время".

Выше точки I сплав находится в жидком однофазном состоянии. По правилу фаз можно определить расположение кривой охлаждения выше токи I.

 

С = К + I – Ф

 

где К - число компонентов в сплаве; Ф- число фаз.

 

С =2+1-1=2

 

Это значит, что может меняться температура и концентрация сплава, т.е. кривая охлаждения имеет наклон. В точке 1 происходит кристаллизация аустенита.

Между точками 1 и 2 имеется две фазы: жидкость и аустенит. Число степеней свободы равно

 

С1-2=2+1-2=1

 

Это значит, что можно менять один из факторов (температуру или концентрацию) в определённых пределах без изменения числа фаз, т.е. выделение из жидкости кристаллов аустенита происходит при изменении температуры между точками 1 и 2 и кривая охлаждения имеет наклон.

В точках пересечения перпендикуляра с горизонтальными линиями ESF и PSK , т.е. в точках 2 и 3 число степеней свободы надо подсчитывать в одной точке. В точке 2 имеется 3 фазы: жидкость, аустенит и цементит. Число степеней свободы равно:

 

С2=2+1-3=0

 

Это значит, что превращение в этой точке происходит при постоянной температуре. Из жидкости одновременно выпадают кристаллы аустенита и цементита.

Кривая охлаждения в точке 2 расположена горизонтально.

Между точками 2 и 3 имеется две фазы: аустенит и цементит.

Число степеней свободы равно:

 

С2-3=2+1-2=1

 

Следовательно, кривая охлаждения между точками 2-3 имеет наклон.

В точке 3 имеется три фазы: аустенит, цементит, феррит. Число степеней свободы равно:

 

С3=2+1-3=0

 

Ниже точки 3 имеется две фазы : феррит и цементит. Число степеней свободы равно:

 

С=2+1-2=1

 

Следовательно, кривая охлаждения ниже точки 3 имеет наклон.

Соотношение или количество жидкой и твердой фаз, а также двух твердых фаз или структурных составляющих определяется по правилу отрезков: соотношение фаз или структурных составляющих в какой-либо точке диаграммы обратно пропорционально длине отрезков от этой точки до линий ограничения этих фаз или структурных составляющих.

В качестве примера определим соотношение фаз в точке b (С = 2,5 %). Через эту точку проведем горизонтальную линию nm до пересечения с линиями АЕ и АС. В точке b сплав состоит из двух фаз - аустенита и жидкости. Для определения количества углерода в аустените спроектируем точку n на ось концентраций и получим 1,8%. Для определения количества углерода в жидком сплаве спроектируем точку m на ось концентраций и получим 3,8%.

Определим количественное соотношение фаз в точке b

 

 

Или, воспользовавшись масштабом оси концентраций, получим:

 

 

;

Можно определить отношение аустенита или жидкости ко всему сплаву:

 

;

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Поясните процесс охлаждения железа из жидкого состояния до ком­натной температуры. Укажите все критические точки, соответствую­щие им температуры и превращения происходящие в каждой точке, свойства растворять углерод.

2. Что называется компонентом сплава? Какие сплавы называются двой­ным? Почему железоуглеродистые сплавы рассматриваются как двой­ные?

3. Чем отличаются процессы кристаллизации чистых металлов и сплавов?

4. Покажите на диаграмме состояния область сталей и область чугунов. Какая линия разделяет их?

5. Укажите на диаграмме фазы и структурные составляющие сплавов же­леза с углеродом.

6. Основные свойства различных структурных составляющих железоугле­родистых сплавов. Какое влияние оказывают они на свойства сталей и чугунов?

7. Покажите на диаграмме линии ликвидус и солидус и что они обозна­чают?

8. Какое практическое и теоретическое значение имеет диаграммы состояния?

 

Индивидуальное задание

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.