Seo-friends.ru

Большая стройка
48 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кривая охлаждения железо цемент

Пример выполнения задания по кривым охлаждения

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,6 % С. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Сплав с содержанием углерода 0,6 % называется доэвтектоидной сталью.

В исходном состоянии сталь имеет структуру, состоящую из зерен феррита (твердый раствор внедрения углерода в ОЦК-решетке железа) и зерен перлита (механическая смесь из феррита и цементита).

Микроструктура доэвтектоидной стали

(но это не сталь с содержанием 0,6 % С, здесь примерно 0,4 %С)

Для того, чтобы проследить, какие превращения претерпевает сплав (сталь 60) при охлаждении, проведем линию сплава и пронумеруем точки пересечения линии сплава с линиями диаграммы. Это и есть критические точки.

Критическая точка – это температура, при которой начинается, заканчивается или полностью протекает фазовое или другое превращение в сплаве. На кривых охлаждения им соответствуют остановки или линии перегиба.

1 – температура Ликвидус (линия AВCD) – при охлаждении начинается процесс кристаллизации, из жидкого раствора выпадают кристаллы аустенита;

2 – температура Солидус (линия AECF ) – при охлаждении заканчивается кристаллизация аустенита;

3 – критическая точка А3 (линия GS) – температура начала выделения феррита из аустенита;

4 – критическая точка А1 (линия PSK) – превращение (распад) оставшегося аустенита в перлит – эвтектоидное превращение;

5 – (на диаграмме не обозначена) – магнитное превращение цементита – 210С

Превращения, протекающие при охлаждении (цифры рядом с буквами обозначают содержание углерода в данной фазе)

1. Кристаллизация аустенита из жидкости Ж0,6  А0,6 (в интервале 1–2)

2. превращение части аустенита в феррит (путем полиморфного превращения):

При этом оставшаяся часть аустенита обогащается по углероду до 0,8 %, согласно правилу отрезков.

3. Эвтектоидное превращение оставшейся части аустенита А0,8  П0,80,02 + Ц6,67) (на кривой охлаждения – горизонтальная линия 4–4 / )

4. Выделение избыточного цементита третичного (ЦIII) из феррита: Ф0,02  Ц6,67

Кривая охлаждения:

Равновесная структура этого сплава – смесь феррита и перлита (рис. в начале)

Количественное оотношение феррита и перлита можно определить следующим образом (и нарисовать схему структуры надо в соотвествии:

Это только для доэвтектоидных стей

0,8 % С  100 % перлита

0,6 % С  % перлита для данной марки стали

– это столько перлита содержится в стали с 0,6 % углерода

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,8 % С. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Кривая охлаждения:

от 2 до 3

в интервале от 3 до 3/

Превращения, протекающие при охлаждении

1. Кристаллизация аустенита из жидкости Ж0,8  А0,8

Сплав с содержанием углерода 0,8 % называется эвтектоидная сталь.

Равновесная (окончательная) структура этого сплава – перлит (механическая смесь феррита и цементита).

Вычертите диаграмму состояния железоцементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1,0 % углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Кривая охлаждения

Превращения, происходящие при охлаждении сплава от жидкого состояния до комнатной температуры

1. Кристаллизация аустенита из жидкости (от 1 до 2)

2. Выделение избыточного цементита вторичного из аустенита (от 3 до 4)

Формирование структуры

от 2 до 3 от 3 до 4 сначала

В интервале 44 / присмходит распад аустенита на (Ф-Ц)-смесь

Сплав, содержащий 1,0 % С – это заэвтектоидная сталь.

Структура при комнатной температуре – перлит + цементит вторичный

Структура после медленного охлаждения – перлит и цементит вторичный в виде сплошной цементитной сетки, что является браком.

Здесь по правилу отрезков можно определить количественное соотношение перлита и цементита. За основу берётся отрезок РSК.

Количество цементита =

Здесь учтен весь цементит: в составе перлита + в виде вторичного

Это мы рассматривали на практическом занятии

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 3,2 % углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Сплав, содержащий 3,2 % С называется доэвтектическим чугуном.

Кривая охлаждения:

Превращения, протекающие при охлаждении

1. Кристаллизация аустенита из жидкости Ж3,2А2,14

2. Кристаллизация из оставшейся жидкости эвтектики (ледебурита), состоящей из кристаллов аустенита и цементита Ж4,3  Л4,32,14 + Ц6,67)

3. Выделение избыточного цементита вторичного (ЦII) из аустенита

5. Выделение избыточного цементита третичного (ЦIII) из феррита

Равновесная структура состоит из перлита (П), ледебурита (Л) и цементитаIIII).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Материаловедение

При рассмотрении равновесия в металлических сплавах, находящихся под воздействием атмосферного давления, единственным внешним переменным фактором является температура и поэтому n = 1. Система железо-цементит является двухкомпонентной, то есть к = 2. Отсюда следует, что

с = 2 + 1 – ф = 3 – ф.

Для построения кривой охлаждения (или нагрева) сплава, прежде всего, необходимо найти на концентрационной оси диаграммы состояния координату, соответствующую содержанию углерода в сплаве. Затем из найденной точки следует восстановить перпендикуляр до области существования жидкой фазы. Кривая охлаждения (или нагрева) строится справа от диаграммы состояния в координатах температура (ось абсцисс) — время (ось ординат). Масштаб оси времени произвольный, а масштаб оси температуры такой же, как и на диаграмме состояния.
Во время охлаждения сплава в нем происходят фазовые превращения. Каждое превращение протекает за определенный промежуток времени, поэтому соответствующие им участки кривой охлаждения имеют различные углы наклона по отношению к горизонтальной оси. Чем быстрее происходит превращение, тем круче кривая. Перитектическое, эвтектическое и эвтектоидное превращения идут во времени при постоянной температуре (так как с = 0), следовательно, им на кривой охлаждения будут соответствовать горизонтальные участки .
Построение кривой охлаждения рассмотрим на примере чугуна, содержащего 5 % углерода (см. рисунок). Восстанавливаем перпендикуляр из отметки 5 % углерода на оси абсцисс до точки 1, находящейся в области жидкого состояния сплавов. Переносим пунктиром температуру точки 1 на ось температур нашего графика. В точке 1 рассматриваемый сплав находится в жидком состоянии (то есть существует только одна фаза  жидкий раствор углерода в железе), следовательно с = 3 – 1 = 2. При двух степенях свободы равновесие в системе не нарушается даже при одновременном изменении температуры и концентрации сплава в определенных пределах. При понижении температуры в сплаве не будет происходить никаких превращений, и температура будет падать быстро, кривая охлаждения идет круто вниз до точки 2. Точкой 2 обозначено пересечение нашей вертикали с линией CD диаграммы состояния, соответствующей началу кристаллизации цементита. Следовательно, в сплаве появляется вторая фаза  цементит, число степеней свободы уменьшается (с = 3 – 2 = 1), кривая охлаждения станет более пологой до температуры, соответствующей следующей критической точке 3. На участке кривой 1-2 указываем фазовое состояние сплава “ж” и число степеней свободы, равное 2, соответственно на участке 2-3 фазовое состояние “ж + ц”, а число степеней свободы с = 1. При изменении температуры в пределах точек 2 и 3 изменяется соотношение между жидкой и твердой фазами, но равновесие не нарушается.
Точка 3 (пересечение вертикали с линией ECF) соответствует эвтектическому превращению, то есть совместной кристаллизации цементита и аустенита с образованием ледебурита. При этом одновременно существуют три фазы: жидкость, цементит и аустенит, следовательно число степеней свободы с = 3 – 3 = 0, и система нонвариантна, три фазы могут находиться в равновесии только при строго постоянной температуре. На кривой охлаждения это отражено отрезком 3-3*. Между точками 3 и 4 сплав имеет двухфазное состояние (аустенит и цементит) и с = 3 – 2 =1. При температуре, соответствующей точке 4, в сплаве происходит эвтектоидное превращение, аналогичное эвтектическому. Отличие только в том, что в нем участвуют только твердые фазы: аустенит, цементит и феррит. На кривой охлаждения делаем соответствующие записи.

Читать еще:  Вентиляция при производстве цемента

Содержание отчета
Диаграмма состояния железо-цементит с обозначением критических точек и областей диаграммы. Кривая охлаждения (или нагрева) сплава с заданной концентрацией углерода. Определение феррита, аустенита, перлита, ледебурита и зарисовка их структур.
Выводы.
Контрольные вопросы
1. Что такое фаза?
2. Что называется структурной составляющей?
3. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит?
4. Что такое критическая точка?
5. Как обозначаются критические точки?
6. Что такое эвтектическое превращение?
7. Чем эвтектоидное превращение отличается от эвтектического?
8. Как расшифровывается правило фаз?
9. Как строятся кривые охлаждения?

Диаграмма состояния железо – цементит

Диаграмму системы железо-углерод можно проанализировать только до образования в ней карбида железа — Fе3С – концентрация углерода 6,67 %. Это связано с тем, что наибольшее практическое значение имеет только часть диаграммы состояния железо-углерод, в которой показано формирование цементита, так как сплавы, содержащие большее количество углерода, очень хрупкие и практически не применяются в промышленности. Поэтому диаграмму состояния системы железо-углерод изображают только до концентрации углерода 6,67 % масс и называют диаграммой состояний железо-цементит (рис.7).

Рис. 7. Диаграмма железо-углерод

Кривая АВСD — линия ликвидус, которая на участке АВ соответствует температурам начала выпадения кристаллов феррита (a), а на участке ВС соответствует температурам начала выпадения кристаллов аустенита (g) из жидкого сплава (L). В области СD – она представляет геометрическое место точек, отвечающих температурам начала кристаллизации первичного цементита (Fe3СI) из жидкой фазы (L).

Линия АHJЕСFD — солидус, криволинейный участок АHJЕ которой, определяет окончание затвердевания жидкой фазы.

На горизонтальной линии HJВ происходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования аустенита из жидкости и феррита.

Горизонтальный участок ECF является геометрическим местом точек, соответствующих также концу кристаллизации аустенита (ЕС)и первичного цементита — Fe3CI (CF), и одновременно отвечает температурам изотермического превращения жидкого сплава состава точки С в двухфазную эвтектику – ледебурит.

Данная реакция наблюдается только у сплавов с содержанием углерода более 2,14 % масс.

На горизонтальной линии PSK происходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования перлита из аустенита.

Линии NH и NJ отражают начало и конец полиморфного превращения аустенита и d-феррита, а линии GS и GP соответственно начало и конец полиморфного превращения аустенита и a-феррита.

Кривые DC, ES и PQ показывают на ограничение максимальной растворимости углерода в фазовых составляющих железоуглеродистых сплавов. Эти линии определяют максимальную растворимость углерода в той фазе, которая расположена на диаграмме левее данной кривой. Это значит, что DC характеризует предельную концентрацию углерода в жидкости; ES в аустените g; PQ в феррите a. При понижении температуры системы меньше точек растворимости углерода из фазы, находящейся слева от соответствующей им кривой, выделяется избыток углерода, образуя цементит первичный, вторичный и третичный соответственно.

Диаграмму состояния Fе — Fе3С по оси абсцисс – концентрация углерода – делят на следующие участки:

0 — 0,02 % (точка Р)- технически чистое железо;

0,02 — 0,80 % (отрезок PS) — доэвтектоидные стали;

0,80 % (точка S) — эвтектоиднаясталь;

0,80 — 2,14 % — заэвтектоидные стали;

2,14 — 4,31 % (отрезок EC) — доэвтектические чугуны;

4,31 % (точка С) — эвтектический чугун;

4,31 — 6,67 % (отрезок CF) — заэвтектические чугуны.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14 %, называют сталями. Они после затвердевания не содержат хрупкой структурной составляющей — ледебурита и при высоком нагреве имеют только аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью. Поэтому они легко деформируются при нормальных и повышенных температурах, т.e. являются ковкими сплавами.

Кристаллизация и формирование структуры сплавов

Кристаллизация стали

Первичная кристаллизация стали в зависимости от содержания углерода происходит по-разному. При содержании углерода от 0 до 0,5% из жидкости начинает выделяться феррит, а при содержании углерода от 0,5% до 2,14% из жидкости первоначально выделяется аустенит. Диаграмма состояния и кривые охлаждения типовых сплавов представлены на рис.8.

Рис.8 Кривые охлаждения при кристаллизации:

а)- кристаллизация сталей; б)- кристаллизация чугунов.

Рассмотрим кристаллизацию сплава 1, относящегося к доэвтектоидной стали, с содержанием углерода менее 0,5% (Рис.8,а).

Кристаллизация этого сплава начинается в точке t1 выделением из жидкости кристаллов феррита. При температуре 1499 0 С в сплаве происходит перитектическая реакция, при которой выделившийся ранее феррит взаимодействует с жидкостью, в результате образуется новая фаза – аустенит. В соответствии с правилом фаз эта реакция идет при постоянной температуре и поэтому на кривой охлаждения появляется температурная остановка. После исчезновения феррита происходит дальнейшая кристаллизация жидкости в аустенит. В т t2 кристаллизация заканчивается и до т. t3 происходит охлаждение аустенита. Окончательное формирование структуры стали происходит в результате превращений аустенита при дальнейшем охлаждении. Основой этого превращения является полиморфизм, связанный с перегруппировкой атомов из ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита, а также изменение растворимости углерода по линии ES в аустените и PQ в феррите. В данном сплаве в интервале температур t3–727°C идет полиморфное превращение А ® Ф. На стыках и границах зерен аустенита возникают зародыши феррита, которые растут и развиваются за счет атомов аустенитной фазы. Состав аустенита меняется по линии GS, а феррита – по линии GP. При 727 °С концентрация углерода в аустените равна 0,8 % (точка S) и в феррите – 0,025 % (точка Р). Ниже этой температуры происходит эвтектоидное превращение. В равновесии находятся три фазы: феррит состава точки Р, аустенит состава точки S, цементит. Так как число степеней свободы равно нулю, т.е. имеется нонвариантное равновесие, то процесс протекает при постоянном составе фаз. На кривых охлаждения или нагрева наблюдается температурная остановка. Таким образом, структура доэвтектоидной стали характеризуется избыточными кристаллами феррита и эвтектоидной смесью феррита с цементитом, называемой перлитом. Количественные соотношения феррита и перлита зависят от состава сплава. Чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем больше в структуре ее перлита и, наоборот, чем меньше углерода, тем больше феррита и меньше перлита. При дальнейшем охлаждении в результате изменения растворимости углерода в феррите (соответственно линии РQ) выделяется третичный цементит. Однако в структуре обнаружить его при наличии перлита невозможно.

Читать еще:  Клапан для цемента вам

Сплавы с содержанием углерода менее 0,025 % (левее т. Р) не испытывают эвтектоидного превращения.

Сплав 2 относится по составу к заэвтектоидной стали. Кристаллизация этого сплава начинается в точке t5 выделением из жидкости кристаллов аустенита. В т t7 кристаллизация заканчивается и до температуры t8 (линия ES) аустенит охлаждается без изменения состава. Несколько ниже этой температуры аустенит достигает предельного насыщения углеродом согласно линии растворимости углерода в аустените ЕS. В интервале температур t10 — 727 °C из пересыщенного аустенита выделяется высокоуглеродистая фаза – цементит, который называется вторичным. Состав аустенита меняется по линии ЕS и при температуре 727 °С достигает точки S (0,8 %С). Ниже 727 °С происходит эвтектоидное превращение: аустенит состава точки S (0,8 %С) распадается на смесь феррита состава точки Р (0,025 %С) и цементита. Таким образом, структура заэвтектоидной стали характеризуется зернами перлита и вторичного цементита. При медленном охлаждении цементит, как правило, располагается в виде тонкой оболочки. В разрезе это выглядит как сетка цементита. Более благоприятной формой цементита является зернистая, она не приводит к значительному снижению пластических свойств стали. В реальной стали с 1,2%С (У12) количество вторичного цементита составляет всего около 6 %.

Кристаллизация чугунов.

Все превращения в белых чугунах, начиная от затвердевания и до комнатных температур, полностью проходят по метастабильной диаграмме Fe-Fe3C. Наличие цементита придает излому светлый блестящий цвет, что привело к термину “белый чугун”. Независимо от состава сплава обязательной структурной составляющей белого чугуна является цементитная эвтектика (ледебурит). На рис. изображена структурная диаграмма равновесия железо-цементит и кривые охлаждения типичных сплавов.

Железоуглеродистые сплавы состава 2,14 – 4.3%С называются доэвтектическими белыми чугунами. Рассмотрим процесс кристаллизации и вторичных превращений на примере сплава 3 (рис.8,б). От температуры несколько ниже линии ликвидус АС до 1147°С, из жидкости выделяются кристаллы аустенита. Аустенит кристаллизуется в форме дендритов, которые, как правило, обладают химической неоднородностью, называемой дендритной ликвацией. Состав жидкой фазы меняется по линии ликвидус, стремясь к эвтектическому, а твердой фазы по линии солидус, стремясь к составу точки Е. При температуре 1147 °С концентрация жидкой фазы достигает точки С (4,3 %С), а аустенита – точки Е (2,14 %С). Из жидкости эвтектического состава образуется смесь аустенита и цементита – ледебурит 1147 °С. Таким образом, ниже эвтектической линии ЕСF структура характеризуется избыточными кристаллами аустенита и эвтектикой (ледебуритом). При охлаждении от 1147 до 727°С состав аустенита непрерывно меняется по линии ЕS, при этом выделяется цементит вторичный. Он выделяется как из избыточного аустенита, так и из аустенита эвтектики. Однако, если вторичный цементит, выделяющийся из аустенита эвтектики, присоединяется к эвтектическому цементиту, то из избыточного аустенита он выделяется в виде оболочек вокруг дендритов аустенита и представляет собой самостоятельную структурную составляющую. Ниже 727°С весь аустенит: и избыточный, и тот, который входит в состав эвтектики – претерпевает эвтектоидное превращение, при котором образуется перлит. Таким образом, ниже 727 °С структура доэвтектического белого чугуна характеризуется следующими структурными составляющими: избыточным перлитом (бывшим аустенитом), ледебуритом превращенным, состоящим из перлита и цементита и цементитом вторичным

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 4,3 до 6,67% (сплав 4, рис.8,б) называются заэвтектическими белыми чугунами. Кристаллизация начинается при температуре t13 несколько ниже линии СD выпадением цементита, который называется цементитом первичным. Состав жидкой фазы меняется по линии СD, состав твердой остается без изменения. При температуре 1147°С заканчивается кристаллизация избыточных кристаллов. Жидкость состава точки С (4,3 %С) согласно эвтектической реакции образует ледебурит. При дальнейшем охлаждении изменение состава аустенита по линии ЕS приводит к выделению цементита вторичного, который присоединяется к эвтектическому. Температура 727°С является температурой эвтектоидного равновесия аустенита, феррита и цементита. Ниже этой температуры аустенит превращается в перлит. Таким образом, ниже 727°С структура заэвтектического белого чугуна характеризуется избыточными кристаллами цементита первичного (белые пластины) и превращенным ледебуритом, состоящим из темных полосок или зернышек перлита и светлой основы – цементита.

Микроструктуры белых чугунов представлены на рис.9.

Рис. 9. Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектический белый чугун;

б – эвтектический белый чугун; в – заэвтектический белый чугун .

Сталь – основной металлический конструкционный материал, широко применяемый для инженерных сооружений, изготовления оборудования, машин, приборов и инструментов. Ее обширное использование обусловлено удачным сочетанием ценного комплекса механических, физико-химических и технологических свойств. Кроме того, она сравнительно недорогая и может производиться в любом количестве.

Механические свойства углеродистой стали зависят от содержания в ней углерода. С увеличением количества углерода повышается концентрация цементита и уменьшается количество феррита. Это вызывает увеличение прочности, твердости и снижение пластичности сплава.

Чугун до самой температуры плавления остается двухфазным, и одна из этих фаз – твердый хрупкий цементит, который не позволяет деформировать материал. Но чугуны кристаллизуются в относительно узком интервале температур, заканчивается кристаллизация образованием эвтектики при постоянной температуре. Такие сплавы имеют хорошие литейные свойства (высокую жидкотекучесть, малую усадку) и не образовывать литейных дефектов. Поэтому чугуны – сплавы литейные.

Надо еще отметить, что фазовые превращения в твердом состоянии позволяют упрочнять сталь термической обработкой. Для чугуна термообработка неэффективна, так как эвтектика – ледебурит – остается неизменной до температуры плавления.

Читать еще:  Сколько кубов выходит с 50кг цемента

Учебные материалы

Компонентами данной системы являются железо и углерод. Железо — металл серебристо-белого цвета, атомный номер 26, атомный вес 55,85, атомный радиус 1,27 Å, температура плавления 1539 0 С, плотность 7,86 г/см 3 . Железо обладает невысокой твердостью и прочностью: НВ80, sв = 250 МПа, d = 50 %, j = 80 %; имеет три полиморфные модификации Fe a , Fe g и Fe d .

Углерод — неметаллический элемент, атомный номер 6, атомный радиус 0,77 Å, атомный вес 12,01, температура плавления 3500 0 С, плотность 2,5 г/см 3 . Углерод полиморфен. Он может образовывать три кристаллографические формы: графит, алмаз, фуллерен.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состоянии, с железом может образовывать химическое соединение — цементит.

На диаграмме ”Fe-C” могут быть четыре фазы:

1) жидкая фаза (Ж); 2) феррит (Ф); 3) аустенит (А); 4) цементит (Ц).

Жидкая фаза — существует выше линии ликвидус. Железо хорошо растворяет углерод, образуя однородную жидкую фазу.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в Fea.

Углерод располагается в решетке a-Fe в центре грани куба. Максимальная растворимость достигает 0,02 % С при 727 0 С. При комнатной температуре максимально растворяется до 0,006 % С. Твердость и механические свойства феррита близки к свойствам технического железа.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в Feg.

Атом углерода располагается в центре элементарной ячейки. Предельная растворимость углерода в g-Fe 2,14 % при 1147 0 С и 0,8 % при 727 0 С.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом Fe3С.

В цементите содержится 6,67 % С. Он имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой находятся 12 атомов железа и 4 атома углерода. Температура плавления цементита точно не определена и составляет около 1500 0 С. Цементит обладает очень высокой твердостью — порядка 800 НВ, хрупкий. До 217 0 С имеет слабые ферромагнитные свойства. По моменту образования в сплаве цементит условно подразделяется на первичный (ЦI) — кристаллизуется из жидкой фазы, вторичный (ЦII) — выделяется из аустенита, третичный (ЦIII) — выделяется из феррита.

Цементит — соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.

В учебном пособии рассматривается упрощенная диаграмма ”Fe-С” без высокотемпературного участка перитектического превращения (рисунок 29).

Линии на диаграмме:

АСД — ликвидус; АЕСF — солидус; SЕ — линия предельной растворимости углерода в аустените; РQ — линия предельной растворимости углерода в феррите; GS- линия начала вторичной перекристаллизации (при охлаждении) — аустенита в феррит; РG — линия конца вторичной перекристаллизации; S — эвтектоидная точка; РSК — линия эвтектоидного превращения; С — эвтектическая точка; ЕСF — линия эвтектического превращения.

Сплавы на диаграмме:

  • до 0,02 % С — техническое железо (феррит);
  • до 2,14 % С — углеродистые стали;
  • свыше 2,14 % С до 6,67 % С — углеродистые чугуны;
  • от 0,006 % С с до 0,8 % С — доэвтектоидные стали;
  • 0,8 % С — эвтектоидная сталь;
  • свыше 0,8 % С до 2,14 % С — заэвтектоидные стали;
  • от 2,14 % С до 4,3 % С — доэвтектические чугуны;
  • 4,3 % С — эвтектический чугун;
  • свыше 4,3 % С до 6,67 % С — заэвтектическими чугуны;
  • 6,67 % С — цементит.

Эвтектоид представляет собой мелкодисперсную механическую смесь двух фаз — феррита и цементита вторичного (Ф+ЦI) и называется перлитом (П). Эвтектоид образуется при строго определенном количестве углерода в сплаве — 0,8 %. Эвтектоидное превращение (при охлаждении) идет при постоянной температуре (727 0 С):

Рисунок 29 — Диаграмма состояния сплавов системы «железо-углерод» и кривые охлаждения

Эвтектика представляет собой мелкозернистую механическую смесь двух фаз – аустенита и цементита первичного (А+ЦI) при 1147 0 С и называется ледебуритом (Л). Эвтектическое превращение идет при постоянной температуре (1147 0 С), когда жидкая фаза имеет строго определенное содержание углерода — 4,3 %:

Фазовые превращения в сплавах при охлаждении прослеживаются по кривым охлаждения.

Сплав I содержит 0,8 % С и является эвтектоидным. Кристаллизация аустенита начинается в точке 1 и заканчивается в точке 2. До точки S в сплаве не происходит никаких фазовых превращений: сплав просто охлаждается. При температуре 727 0 С (точка S) весь аустенит превращается в перлит. После эвтектоидного превращения феррит содержит 0,02 % С.

По мере охлаждения содержание в нем углерода снижается до 0,006 %. Избыток углерода идет на образование цементита третичного (ЦIII). Структура стали при комнатной температуре перлит. Из-за небольшого количества в сплаве цементит третичный на диаграмме не указывается.

Сплав II является заэвтектоидным. От точки 3 до точки 4 идет кристаллизация аустенита. В точке 4 кристаллизация завершается, и сплав охлаждается без фазовых превращений до точки 5, которая соответствует предельной растворимости углерода в аустените.

По мере охлаждения содержание углерода снижается до 0,8 %. Избыток углерода идет на образование цементита вторичного (ЦII). При температуре 727 0 С идет эвтектоидное превращение (точка 6). В результате охлаждения сплава до комнатной температуры образуется цементит третичный (ЦIII). Структура стали — перлит и цементит вторичный (располагается по границам зерен перлита).

Сплав III является эвтектическим чугуном и содержит 4,3 % С. При охлаждении сплава при температуре 1147 0 С (точка С) вся жидкая фаза превращается в ледебурит, в котором аустенит содержит 2,14 % С. По мере охлаждения содержание в нем углерода снижается до 0,8 %. Избыточный углерод образует цементит вторичный. В точке 7 идет эвтектоидное превращение, а ниже, по мере охлаждения, образуется цементит третичный (ЦIII). Изменение фазового состава эвтектического сплава происходит по схеме

Структура эвтектического чугуна — ледебурит.

Сплав IV является заэвтектическим сплавом. От точки 8 до точки 9 идет кристаллизация первичного цементита (ЦI). В точке 9 жидкая фаза достигает эфтектической концентрации (4,3 % С) и идет эвтектическое превращение, образуется ледебурит. Превращение ледебурита до комнатной температуры аналогично сплаву III. Структура сплава — иглы первичного цементита и ледебурит.

Все углеродистые чугуны имеют температуру конца кристаллизации ниже, чем углеродистые стали, так как содержат в своем составе эвтектику (ледебурит). Этим определяются высокие литейные свойства чугунов (жидкотекучесть, небольшая усадка и малая склонность к поглощению газов) и отсутствие пластичности из-за повышенного содержания цементита.

Микроструктура железоуглеродистых сплавов приведена на рисунке 31.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector