Fe – Fe3C (метастабильное равновесие)




Скачать 204.57 Kb.
НазваниеFe – Fe3C (метастабильное равновесие)
Дата публикации26.04.2013
Размер204.57 Kb.
ТипЛабораторная работа
skachate.ru > Физика > Лабораторная работа


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
«Иркутский государственный университет путей сообщения»

филиал в г. Северобайкальске

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО – ЦЕМЕНТИТ

Fe – Fe3C

(метастабильное равновесие)

Северобайкальск

2011

ОГЛАВЛЕНИЕ


§ 1. Основные положения теории сплавов 4

§ 2. Основные типы диаграмм состояния сплавов 6

§ 3. Микроструктура углеродистых сталей 11

Аннотация
Лабораторная работа посвящена изучению железоуглеродистых сплавов по диаграмме состояния системы «Железо-цементит» (метастабильное равновесие).

Цель работы - приобретение навыков анализа достаточно сложных диаграмм состояния двойных сплавов. Методическое указание содержит основные положения теории сплавов, сведения об их строении и о трех типах простейших диаграмм состояния, иллюстрирующих фазовые равновесия в механической смеси, ограниченных и неограниченных твердых растворах. Теоретические сведения даны в объеме, позволяющем легко освоить сущность диаграммы «Fe – Fe3C», анализировать на её основе строение и фазовые превращения сплавов железа с углеродом – сталей и чугунов. Микроструктура этих сплавов кратко охарактеризована. В указание определены существо, порядок выполнения работы и форма составления отчета. Необходимое для выполнения работы время – 6 часов.

Введение
Железо составляет более 5% земной коры. Для его промышленного получения используются в основном такие руды, как гематит, Fe2O3, и магнетит, Fe3O4. В технике применяются главным образом сплавы железа. Сейчас они являются основными конструкционными и инструментальными материалами. К ним относятся стали и чугуны. Стали делятся по химическому составу на два основных типа: углеродистые и легированные. Углеродистые стали содержат до 2% углерода (основное железо). Легированные стали могут содержать до 50% одного или нескольких других металлов, чаще всего алюминия, хрома, кобальта, молибдена, никеля, титана, вольфрама и ванадия. Чугуны по состоянию углерода делятся на белые и серые. В белых чугунах весь углерод существует в связанном состоянии в виде химического соединения, Fe3C. В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии в виде графитовых включений в металлическую основу.

^

§ 1. Основные положения теории сплавов





    1. Общие сведения о сплавах


Металлическим называется сплав, приготовленный преимущественно на основе элементного металла и обладающий металлическими свойствами. Свойства сплавов значительно отличаются от свойств чистых металлов. Элементы, или их химические соединения, образующие сплав, называются компонентами. Компонентами могут выступать как металлы, так и неметаллы. В зависимости от их числа сплавы делятся на двойные, тройные и т.д. В зависимости от физико-химических взаимодействий между атомами компонентов в сплавах образуются фазы, число и тип которых характеризует состояние сплава.

В сплавах возможно образование таких фаз, как

1) жидкие растворы,

2) чистые металлы или неметаллы в твердом агрегатном состоянии,

3) твердые растворы,

4) химические соединения компонентов.

В зависимости от количества фаз сплав может быть одно-, двух- и многофазным. Фазовый состав сплавов зависит не только от характера взаимодействия между атомами компонентов, но и от температуры.


    1. ^ Фазовый состав сплавов


В жидком состоянии компоненты сплава обычно неограниченно растворяются друг в друге, давая одну фазу. В твердом же состоянии они, как отмечалось, могут образовывать

1) механические смеси (Pb–Sb, Cu–Pb, Cu–Bi и др.),

2) твердые растворы (Al–Cu, Al–Mg, Cu–Sn, Cu-Zn, Cu-Ве, Mg-Zn, Ti-Mo, Ti-V, Fe-Cr и др.),

3) химические соединения металла с металлом или неметаллом (Fe3C, Mg3Bi2, MoSi2, Mg2Sn, CuAl2 и др.)

Жидкие растворы характеризуются однородным (гомогенным) распределением компонентов и наличием в их структуре участком с частично упорядоченным расположением атомов. Механические смеси представляют собой совокупность кристаллитов двух или нескольких чистых компонентов, с характерной для каждого из них кристаллической решеткой. Они могут быть неупорядоченными и упорядоченными (эвтектика или эвтектоид). Твердые растворы образуются, если один компонент растворяется в другом, называемом растворителем. Твердые растворы подразделяются на две разновидности - внедрения и замещения. Гомогенность распределения компонентов, присущая жидкому раствору, сохраняется при переходе к твердому раствору. Но сплав на основе твердого раствора имеет, в отличие от жидкости, полностью упорядоченное строение. Зерна такого сплава однородные с индивидуальным типом кристаллической решетки, строение которой определяется металлом-растворителем. В отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным и состоит только из одного вида кристаллитов с переменным соотношением компонентов. Химические соединения возникают тогда, когда атомы компонентов вступают в специфические взаимодействия между собой с образованием химической связи. Они, в отличие от твердых растворов, характеризуются постоянством состава, точностью стехиометрической пропорции, например, Аn и Вm (где и n и m – постоянные), присущей только данному соединению температурой плавления (твердые растворы плавятся в широком интервале температур) или диссоциации, скачкообразным изменением (сингулярностью) свойств при вариациях состава. В отличие от механической смеси, химическое соединение, как и твердый раствор, является однофазным и состоит из отдельных кристаллитов с одной и той же кристаллической решеткой и с упорядоченным распределением в ней атомов составляющих элементов. Кристаллическая решетка химических соединений отличается от решеток исходных веществ.


    1. ^ Специфика твердых растворов


Твердый раствор замещения образуется путем замены части атомов растворителя в его кристаллической решетке атомами растворенного компонента. При этом происходит искажение кристаллической решетки. Искажение тем больше, чем выше содержание второго компонента сплава. При чрезмерном искажении решетки дальнейшее замещение становится невозможным. В этом случае наступает предельная растворимость, при которой дополнительно вводимые атомы не могут входить в решетку и образуют самостоятельную фазу. Так возникает механическая смесь, состоящая из кристаллитов твердого раствора и чистого компонента. Такого типа твердые растворы называются ограниченными (пример – Al-Fe, Cu-Mn). Если предельная растворимость не достигается, то возникает неограниченный твердый раствор (Au-Ag, Cu-Ni, Mo-V, Fe-Cr).

Твердый раствор внедрения образуется при внедрении атомов растворенного компонента в промежуток между атомами металла-расворителя. Кристаллическая решетка растворителя испытывает в таких сплавах сильное возмущение. Поэтому растворы внедрения с металлами образуют неметаллы, характеризующиеся малым атомным радиусом. Такие, например, как водород, углерод, азот, кислород. Их содержание в растворах внедрения, как правило, невелико – предельная растворимость достигается при низкой концентрации неметалла.
^

§ 2. Основные типы диаграмм состояния сплавов



2.1. Сущность диаграмм состояний
Диаграмма состояния сплава представляет собой графический образ всех его состояний. Она иллюстрирует также превращения, происходящие в сплаве в зависимости от температуры и относительного содержания элементов. Диаграммы состояний отражают все устойчивые, равновесные состояния системы, обладающие при данных условиях минимальной свободной энергией. Поэтому их часто называют диаграммами фазовых равновесий.

Диаграмму состояния строят, как правило, на основе экспериментальных данных. Для этого используют термический метод, с помощью которого получают кривые охлаждения сплавов. По остановкам и перегибам на этих кривых, обусловленных тепловыми эффектами протекающих при охлаждении процессов, определяют температуру фазовых превращений. В дополнение к термическому методу используют металлографическую и электронную микроскопию, рентгеноструктурный анализ, данные об изменении физических свойств сплавов и др.

По горизонтальной оси на диаграмме состояния откладывается концентрация второго компонента сплава, по вертикальной – температура. Каждая точка диаграммы соответствует состоянию сплава, находящегося при определенной температуре в условиях равновесия.


    1. ^ Диаграмма состояния механической смеси чистых компонентов сплава (I рода)


Два компонента неограниченно растворяются в жидком состоянии, но не смешиваются между собой ни в какой пропорции и не образуют химических соединений в твердом агрегатном состоянии. Компоненты сплава – вещества А и В. Фазы – жидкость L, кристаллиты А и В (рис.1.) Структурные составляющие – кристаллиты вещества А или В и эвтектики (А+В).
Линия АСВ называется линией «ликвидус»,DCE –«солидус», точка С соответствует образованию эвтектики ( А+В); точки остановок на кривых охлаждения ( 1,2,3,4) называются критическими точками; горизонтальные участки на этих кривых соответствуют кристаллизации чистых веществ А,В и эвтектики (А + В). Эвтектикой называется сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре (точка С). Во многих отношениях эвтектика ведет себя как чистое вещество.



0 0 0


Например, кривая ее охлаждения (сплавII ) качественно не отличается от кривых охлаждения чистых веществ А и В (рис. 1). Она представляет собой мелкодисперсную, упорядоченную механическую смесь, образующуюся при строго определенном соотношении компонентов (Вэ) и имеющую кристаллит колониального строения (схема).

Температура, при которой плавится такая механическая смесь,

схема


называется эвтектической температурой (tэ). На рис.1 (а) ей соответствует участок линии «солидус», DCE. Линии «солидус» и «ликвидус» делят диаграмму состояний на несколько областей. Выше линии «ликвидус» расположена область, соответствующая жидкому сплаву (однофазная область -L). Переход сплава из жидкого состояния в твердое происходит в интервале температур, лежащих между линиями «ликвидус» и «солидус» (двухфазная область (L+A или L+B). Исключение составляет сплав со структурой эвтектики – эвтектический сплав. В каждом сплаве в твердое состояние первым переходит тот компонент, содержание которого превышает эвтектическую концентрацию. Ниже линии «солидус» лежит также двухфазная область, где фазы образуют две структурные составляющие – (А или В) и (А+В). Рассмотрим последовательно сплавы I и III.

Сплав I - это доэвтектический сплав. Кривая охлаждения этого сплава показана на рис. 1 (б). Ее участок О -1 соответствует остыванию жидкого сплава. В точке 1 начинается процесс кристаллизации. На участке 1-2 по мере уменьшения температуры в двухфазной системе возрастает содержание кристаллитов компонента А, находящегося в избытке над В (двухфазная область L+A). Участок 2-2/ отвечает совместному выделению кристаллитов А и В – эвтектики. На линии «солидус» сплав приобретает две структурные составляющие – А и (А + В). Далее затвердевший сплав на участке, расположенном после отметки 2/, охлаждается без изменения структуры к заданной температуре. До точки (на шкале В%) в твердом сплаве совместно с эвтектикой существуют кристаллиты компонента А. Все такие сплавы называются доэвтектическими.

Сплав III –это заэвтектический сплав, В+ (А+В). Отрезок О-3 на кривой охлаждения (рис.1,(б)) данного сплава соответствует остыванию жидкости. Отрезок 3-4 - выделению кристаллитов вещества В. Участок 4-4/ отвечает образованию эвтектики. После отметки происходит охлаждение закристаллизовавшегося сплава. Примером таких сплавов являются сплавы Pb – Sb (свинец –сурьма).

^ 2.3. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии ( II рода)
Такие сплавы образуются на основе твердых растворов замещения при условии, что оба компонента имеют однотипные кристаллические решетки (изоморфны), а их атомные диаметры отличаются не более чем на 8-10%. Если эти условия выполняются, то возможно существование только двух фаз: жидкого раствора L и соответствующего твердого раствора (α – фаза). На диаграмме состояния такого сплава можно различить три фазовые области (рис.2):

1) Выше линии «ликвидус» АСВ. Это область существования только жидкой фазы L.

2) Между линиями «ликвидус» АСВ, и «солидус» АDB. Это двухфазная область, L α.

3) Ниже линии «солидус». Это однофазная область – область существования α – фазы. Зерна этой фазы имеют одну и ту же кристаллическую решетку.

Примером таких сплавов являются сплавы Cu-Ni (медь-никель). Сплавы данного типа всегда затвердевают в интервале температур и имеют на кривых охлаждения две критические точки 1 и 2 (рис.2). В промежутке между началом и концом кристаллизации из расплава выпадают кристаллиты α-фазы (рис.2,а).



В случае равновесной кристаллизации, происходящей при достаточно малой скорости охлаждения расплава, состав сплава к концу кристаллизации соответствует заданному. Это обусловлено непрерывным процессом диффузии в жидкой и твердых фазах (объемная диффузия), а также процессом взаимной диффузии между ними (межфазная диффузия). Хотя компонентный состав образующихся при какой-либо температуре кристаллитов α-фазы и остающейся жидкости неодинаковый (рис.2, точки 3 и 4) и зависит от температуры, указанные процессы выравнивают их состав к концу кристаллизации. Если охлаждение расплава протекает быстро, то диффузионные процессы замедляются. По этой причине центральная часть зерна будет обогащена более тугоплавкой формой сплава, а периферийная - легкоплавкой, то есть в целом состав зерна будет соответствовать заданному. Но, в результате неравновесной кристаллизации, химический состав α-твердого раствора оказывается переменным по сечению зерна. Это явление называется дендритной ликвацией, при которой оси первого порядка дендритных кристаллов обогащаются более тугоплавким компонентом В, а периферийные слои этих кристаллов и межосные пространства, затвердевающие в последнюю очередь, – легкоплавким компонентом А. Чем больше разность температур между «солидусом» и «ликвидусом», тем больше дифференциация по составу между жидкой и твердой фазами и сильнее проявляется данный вид ликвации. Дендритная ликвация снижает прочностные характеристики сплава, поэтому ее либо предотвращают (медленное охлаждение), либо устраняют путем длительного (диффузионного) отжига.


^ 2.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворяются в твердом состоянии (III рода)
Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, но ограниченно в твердом и не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А и В. Фазы: жидкость L, твердые растворы В в А (α-фаза) и А в В (β-фаза). При этом взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии непостоянна и меняется с изменением температуры. Диаграмма состояний такого рода сплавов показана на рис. 3.

На ней линия АСВ – линия «ликвидус», АDЕВ – линия «солидус». Зависимость взаимной растворимости компонентов от температуры отражают кривые DF и ЕК: с ростом температуры растворимость В в А и А в В увеличивается. Из рис.3 видно, что фазовый состав сплава зависит от температуры, а природа структурных составляющих - от соотношения компонентов. В структурно-фазовом составе сплавов данной системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой мелкодисперсную, упорядоченную смесь фаз α и β. Диаграмма состояний III рода очень важна в практическом отношении, она входит фрагментом в состав сложных диаграмм состояний таких широко распространенных сплавов как, например, Al – Cu (алюминий – медь), Fе – С (железо – углерод) и др. Выше линии «ликвидус»,АСВ, на диаграмме расположена область однородного жидкого раствора L. Линия «солидус» соответствует температурам затвердевания. Линия DCE называется линией эвтектического превращения, точка С соответствует условиям образования эвтектики (сплав III).

Рассмотрим кристаллизацию сплава I. Для него этот процесс начинается в точке 1 с образования α-фазы и завершается в точке 2 (рис.3в). Образовавшиеся кристаллиты α-твердого раствора не претерпевают изменений до точки 3, лежащей на линии предельной растворимости. Ниже этой точки твердый раствор становиться пересыщенным компонентом В. Поэтому при дальнейшем охлаждении происходит уменьшение содержания компонента В в α-фазе в соответствии с кривой DF и выделяются излишние кристаллы вещества В. Оно, в свою очередь, образует твердый раствор А в В (β-фазу). Фазы (кристаллиты), возникающие в результате такого рода обусловленных температурными изменениями процессов называются вторичными и обозначаются как αII или βII.


,в)


Сплав II. Здесь, в отличие от предыдущего сплава, на участке 5 – образуются две структурные составляющие α и (α+β). Таким образом при кристаллизации этого сплава вблизи линии «солидус» в равновесии находятся три фазы: α L β. При охлаждении сплава II ниже линии «солидус» вследствие уменьшения растворимости В в А α-фаза становится пересыщенной и из нее выделяются кристаллиты вторичной βII-фазы. Сплав приобретает три структурные составляющие α, βII и (α+β), но остается двухфазным. Таково строение всех доэвтектических сплавов на участке .

^ Сплав IV. При кристаллизации этого сплава в области, ограниченной линиями «ликвидус» и «солидус» из жидкости выделяются кристаллиты первичной β-фазы, поскольку компонент В находится в избытке над эвтектической концентрацией. На линии « солидус» сплав приобретает строение β+(α+β). При более низких температурах из-за перенасыщения β-фазы компонентом А из нее выделяются кристаллиты вторичной αII-фазы и строение сплава определяется тремя структурными составляющими αII,β и (α+β). Таково строение всех заэвтектических сплавов на участке `.

Сплав V. Формально строение этого сплава и процессы, протекающие в нем при охлаждении, совпадают с таковыми сплава I. Разница сплавов I и V состоит лишь в том, что роль α-фазы в последнем играет β-фаза.

^

§ 3. Микроструктура углеродистых сталей



3.1. Общие сведения

Сталями называются железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых не превышает 2,14% (масс). Диаграмма состояний железоуглеродистых сплавов системы железо – цементит, частным случаем которых являются стали, представлена на рис.4.


Железо с углеродом образует ряд химических соединений: Fe3C , Fe2С и др. Диаграмму состояния чаще всего изображают для случая соединения Fe3С - цементита, содержащего 6,67% углерода. Соединения с более высоким содержанием углерода чрезвычайно хрупки и их сплавы практического применения не находят. Железо-цементит – метастабильная система, так как цементит термодинамически менее устойчив по сравнению с графитом (элементным углеродом). Он является кинетическим продуктом, поэтому соответствующую диаграмму называют метастабильной, а диаграмму железо-графит – стабильной.
^ 3.2. Полиморфизм чистого железа
Точки на вертикальной оси диаграммы Fe-Fe3C (рис.4), соответствующие температурам 911 и 1392 оС, определяются полиморфным превращением чистого железа. До 911оС оно существует в виде α-Fе с ОЦК решеткой. В интервале от 911 до 1392о железо имеет форму γ-Fе с ГЦК решеткой. От 1392оС до точки плавления (1539оС) оно вновь приобретает форму α-Fе. Эту форму часто называют высокотемпературной δ-формой.

^ 3.3. Фазовые и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Такие сплавы имеют две связанные с полиморфизмом Fе, фазы: феррит и аустенит.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α- Fе. В силу особенности строения ОЦК решетки, углерод может внедряться только в центр ее граней. При этом он располагается на коротком расстоянии от тяжелых атомов, сильно возмущая решетку. Предельная растворимость в данном случае достигается при очень низком содержании углерода. При комнатной температуре она равна приблизительно 0,001%, при 727оС около 0,02%, при 1499оС приблизительно 0,1%. На диаграмме состояний феррит занимает область между вертикальной осью и кривой GPQ. Он, как и α-Fе, имеет ОЦК решетку, магнитен и весьма пластичен. Под микроскопом выявляется в виде отдельных светлых полиэдрических зерен. В области АNН существует его высокотемпературная форма, называемая δ-феррит.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в решетку γ-Fе. Растворимость углерода в данной полиморфной модификации железа более чем на порядок превышает его растворимость в α-Fе. Причина этого заключается в следующем. В случае γ-Fе углерод внедряется в свободный геометрический центр элементарной ячейки его ГЦК решетки, располагаясь на сравнительно большом расстоянии от тяжелых атомов. Аустенит, как единственная фаза, существует в области HRESG. Максимальная растворимость углерода в аустените достигается при 1147оС (точка Е) и составляет 2,14% - предельная растворимость углерода в сталях. С понижением температуры до 727оС растворимость углерода в соответствии с кривой ЕS падает до 0,8%. Аустенит обладает несколько более низкой пластичностью, чем феррит, низкими пределами текучести и прочности. Он не магнитен и имеет ГЦК решетку. Превращение аустенита в феррит происходит в области температур между линиями GS, и PS и завершается при 727оС. При этом, в силу разной растворимости углерода в данных фазах, по мере превращения аустенит обогащается углеродом. С понижением температуры содержание углерода в аустените повышается в соответствии с кривой GS. При 727оС оно достигает тех же 0,8%. Это предельная растворимость углерода в аустените при низкой температуре. Далее, даже при незначительном охлаждении от 727оС, аустенит становится перенасыщенным, из него выделяется избыточный углерод, что приводит к возникновению еще одной фазы – вторичного цементита. Феррит и вторичный цементит, кристаллизующиеся одновременно (рекристаллизация в твердом агрегатном состоянии), образуют двухфазовую структурную составляющую железоуглеродистых сплавов – эвтектоид (аналог по строению эвтектике, но образующийся, в отличие от нее, в твердом состоянии). Так же протекает эвтектоидное превращение в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода более 0,8%. Отличие их от предыдущих состоит лишь в том, что при понижении температуры аустенит не обогащается, а обедняется углеродом (в соответствии с кривой ES). Эвтектоид системы Fe-Fe3C получил название перлита из-за перламутрового блеска.

Перлит1 – упорядоченная механическая смесь кристаллитов феррита и цементита, степень дисперсности, которой определяется скоростью охлаждения сплава. Перлит содержит 0,8% углерода. В зависимости от формы частиц цементита он может быть пластинчатым и зернистым. В зависимости от размеров этих частиц он делится на собственно перлит, сорбит и троостит (расположены по мере роста дисперсности). Перлит- это двухфазная структурная составляющая железоуглеродистых сталей, обладающая высокой прочностью.

Цементит – это химическое соединение железа с углеродом – карбид железа, Fе3-С. Содержит, как отмечалось, 6,67% углерода, имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена в связи с возможностью его распада и принимается примерно равной 1550оС. До температуры 200оС цементит ферромагнитен. К характерным особенностям цементита относится высокая твердость при практически нулевой пластичности. При большом содержании он придает сталям высокую твердость.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14% делятся на техническое железо, доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали. Технически чистое железо – это сплав, имеющий чисто ферритную структуру, или сплав, содержавший феррит с небольшим количеством третичного цементита (до 0,02% углерода). Доэвтектоидные стали – это сплавы с ферритно-перлитной структурой, содержащие от 0,02 до 0,8% углерода. Эвтектоидные стали имеют чисто перлитную структуру и содержат 0,8% углерода. Заэвтектоидные стали обладают перлитно-цементитной структурой. Содержание углерода варьируется в них от 0,8 до 2,14%.
^ 4. Анализ строения углеродистых сталей по диаграмме состояния Fe- Fe3
Взять в качестве анализируемого объекта:

1.Технически чистое железо с содержанием углерода в пределах 0,01-0,02%. В интервале 600-1390оС построить качественно кривую охлаждения, определить и схематично представить фазовый состав этого сплава.
2. Доэвтектоидную сталь с содержанием углерода равным 0,5%. Построить в интервале 600-1550оС кривую охлаждения, указать и показать графически структурные составляющие, обсудить зависимость структурно-фазового состава сплава от температуры.
3. Эвтектоидную сталь с содержанием углерода 0,8%. Построить в интервале 610-1550оС кривую охлаждения, обсудить перлитное превращение аустенита.
4. Доэвтентоидные стали с содержанием углерода в интервале 0,02-0,8%. Выявить зависимость содержания углерода в аустените от температуры с использованием кривой GOS. Обсудить причины вариаций содержания углерода, используя сведения о растворимости углерода в α –Fe и γ- Fe.
5. Заэвтектоидную сталь с содержанием углерода 1,2%. Обсудить кривую охлаждения и структурно-фазовый состав этой стали в интервале 1550-600оС.
6. Заэвтектоидные стали с содержанием углерода в интервале от 0,8 до 2,14%. Используя кривые ER и ES восстановить зависимость содержания углерода в аустените от температуры.
На основе результатов анализа сделать заключение о влиянии на структурно-фазовый состав сталей содержания углерода и температуры.


  1. ^ Структура чугунов


Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых колеблется от 2,14 до 6,67%. Чугуны делятся на белые и серые. Они принципиально отличаются своей структурой. Важное место в структуре белых чугунов, отраженной на метастабильной диаграмме (рис.4), занимает эвтектика, названная ледебуритом. У этих чугунов в твердом состоянии различают четыре структурные составляющие: однофазовые – аустенит (феррит) и цементит, двухфазовые – перлит и ледебурит. Серый чугун имеет ферритную, перлитную или феррито-перлитную металлическую основы. Весь углерод в этом чугуне находится в свободном состоянии в виде графитовых включений. Его состояния описываются диаграммой Fе-С и далее не будут рассматриваться.

Ледебурит – двухфазовая структурная составляющая белых чугунов – упорядоченная, механическая смесь кристаллитов аустенита и цементита, имеющая минимальную для обсуждаемой системы сплавов температуру плавления и содержащая 4,3% углерода. Вследствие наличия большого количества цементита эвтектический белый чугун весьма хрупок. Фазовый состав ледебурита зависит от температуры. При достижении 727оС весь аустенит, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит. Поэтому при обычных условиях белый чугун имеет перлитно-цементитную структуру. Наличие эвтектики делит белые чугуны на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические с содержанием углерода, соответственно, от 2,14 до 4,3%; 4,3%; от 4,3 до 6,67%.



  1. ^ Анализ строения белых чугунов


Взять в качестве анализируемого объекта:

1. Доэвтектический белый чугун с содержанием углерода 3%. Построить кривую охлаждения, обсудить структурно-фазовый состав, влияния на него температуры, изобразить качественными схемами строение этого сплава в разных температурных интервалах.
2. Эвтектический белый чугун. Рассмотреть аналогично п.1.
3. Заэвтектический белый чугун с содержанием углерода 5,5%. Рассмотреть аналогично п.1.
На основе результатов анализа сделать заключение о влиянии содержания углерода и температуры на строение белого чугуна.



  1. ^ Общность и основные различия сталей и белых чугунов


Найти общность в структурно-фазовом составе сталей и белых чугунов, их основные отличия, сделать вывод о роли содержания углерода в классификации железоуглеродистых сплавов и о его влиянии на их механический свойства.
Порядок выполнения работы.
1. Ознакомиться с основными положениями теории сплавов и, в частности, железоуглеродистых.
2. Сопоставить сложную диаграмму состояний Fе-Fе3С с более простыми, описывающими состояние механических смесей, ограниченных и неограниченных твердых растворов. Найти общие элементы.
3. Зная содержание углерода, изучить по диаграмме состояний Fе-Fе3С указанные выше сплавы, сделать заключение об их структурно-фазовом составе.
4. Сравнить стали и чугуны, найти общность и основные различия.


  1. Содержание отчета


1. Дать краткую характеристику железоуглеродистых сплавов.
2. Начертить диаграмму состояний Fе-Fе3С; выявить на ней области, соответствующие более простым сплавам; выделить анализируемые сплавы.
3.Построить для них кривые охлаждения, показать графически микроструктуру сплавов между критическими точками, выявить структурные составляющие.
4. Рассмотреть влияние углерода и температуры на строение сталей и белых чугунов.
5. Провести сравнительный анализ сталей и чугунов.



  1. Контрольные вопросы


1. Какова структура сталей при 1000оС.
2. Какова структура доэвтектического, эвтектического и заэвтектического белого чугуна при 850 и 630оС.
3. Выделить на диаграмме Fе-Fе3С линии «ликвидус», «солидус» переменной растворимости.
4. Как классифицируются структурные составляющие сталей и чугунов.
5.Определить интервалы содержания цементита в доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной углеродистой стали.
6.Определить интервалы содержания цементита в доэвтектическом, эвтектическом и заэвтектическом белом чугуне.



  1. Список литературы


1. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева//Материаловедение.-М: Машиностроение,1980.
2. Ю.П.Солнцев, В.А.Веселов, В.П.Демьянцевич, А.В.Кузин. Д.И.Чашников //Металловедение и технология металлов.-М: Металлургия, 1988.
3. А.П.Гуляев // Металловедение. –М: Металлургия, 1977.
4. И.И.Сидорин//Руководство к лабораторным работам по материаловедению.-М.: Машиностроение, 1969.

1 Механизм перлитного превращения аустенита может быть пояснен следующим образом. Допустим, что при 727оС в зерне аустенита образуется зародыш цементита. По мере его роста содержание углерода в примыкающей зоне зерна аустенита уменьшается и достигает, наконец, 0,02%. Это означает завершение процесса образования цементита и начало роста зерна феррита. Развитие зерна феррита сопровождается ростом в аустените содержания углерода, что в конце концов приводит к созданию условий зарождения цементита. Так возникает их упорядоченная смесь.


Похожие:

Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconРавновесие рыночной системы Частичное и общее равновесие
Частичное равновесие — это равновесие цен и объемов производства на многих специфических рынках, которые являются составными частями...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconМакроэкономическое равновесие
Экономическое равновесие это соответствие между ресурсами и потребностями. Равновесие устанавливается посредством ценового механизма...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconКурсовая работа по курсу «Макроэкономика» На тему: «Совокупный спрос...
На тему: «Совокупный спрос – совокупное равновесие как базовая модель макроэкономического равновесия. Долгосрочное и краткосрочное...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconВзаимодействие спроса и предложения. Рыночное равновесие и неравновесие
«Равновесие на рынке устанавливается, когда наибольший объем продукции находит сбыт». «Неудовлетворенный спрос, как и затоваривание,...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) icon1. 1 Равновесие в модели открытой экономики 2 Классическая и кейнсианская модели
В самом общем виде равновесие в экономике — это сбалансированность и пропорциональность ее основных параметров, иначе говоря, ситуация,...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) icon45 Макроэкономическое равновесие и ее модель Макроэкономическое равновесие
Предпосылки: наличие совершенной конкуренции и отсутствие побочных эффектов если все индивиды находят на рынке предметы потребления,...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconКонтрольные задания для заочников
Рассчитайте температуру, при которой происходит образование карбида железа Fe3C в чугуне
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) iconРешение Равновесие потребителя. Эффект дохода и эффект замещения
Используя кривые безразличия и бюджетные линии, проанализируйте: Как изменится набор благ, характеризующих равновесие потребителя...
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) icon2. Для указанных сплавов указать структурные и фазовые составляющие
По данным диаграммы Fe – Fe3C построить кривые охлаждения для сплавов с содержанием углерода: 1,5%, 4,3%, 5%, 0,2%, 0,6%
Fe – Fe3C (метастабильное равновесие) icon21. Теория рыночного равновесия и равновесная рыночная цена Равновесие...
Равновесие это ситуация на рынке, когда предложение и спрос совпадают или эквивалентны при приемлемой для товаропроизводителя и потребителя...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница