|
|
Диаграмма состояния железо - графит.При сравнительно быстром охлаждении расплава происходит образование цементита в процессе кристаллизации жидкого чугуна. Систему железо — цементит называют метастабильной т. е. неустойчивой, так как при определенных условиях цементит распадается на аустенит и свободный углерод в виде графита. При очень медленном охлаждении из расплава в процессе его кристаллизации углерод выделяется в виде графита. Систему железо — графит называют стабильной. Процесс кристаллизации графита в сплавах железа с углеродом называют графитизацией. Она может происходить и в твердом состоянии, поскольку цементит при высоких температурах неустойчив. В этом случае графитизация происходит в несколько накладывающихся стадий: 1) распад цементита и растворение атомов углерода в аустените; 2) образование центров графитизации в аустените; 3) диффузия атомов углерода в аустените к центрам графитиза ции; 4) рост выделений графита. На рис. 1.26 показана совмещенная диаграмма: сплошными линиями изображена метастабильная диаграмма железо-цементит, штриховыми линиями - стабильная диаграмма железо-графит
Рис. 1.26. Диаграмма состояния железо - графит По диаграмме железо цементит в области чугунов получают белые чугуны, а по диаграмме железографит -серые чугуны. На диаграмме железо -графит горизонтальные линии E'C'F' и P'S'K' лежат несколько выше, а наклонные линии CD' и E'S' - несколько левее соответствующих линий диаграммы желез -цементит. На диаграмме железо-графит линия ACD'- линия ликвидуса. При охлаждении расплава по ветви АС выделяется аустенит, а по ветви CD' - графит (первичный). На линии солидуса E'C'F' при температуре 1153°С образуется эвтектика, состоящая из графита и аустенита. Ее называют графитной эвтектикой. Линия S'E' показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в аустените уменьшается. При понижении температуры в системе железо-графит из аустенита будет выделяться графит, который называют вторичным. На линии P'S'K' при температуре 738°С аустенит, содержащий 0,7% С (точка S'), распадается, образуя эвтектоид, состоящий из феррита и графита. Этот эвтектоид называют графитным После полного охлаждения структура состоит из феррита и графита (эвтектического, вторичного и эвтектоидного). Различить в микроструктуре графит различного происхождения в большинстве случаев невозможно, поскольку в процессе кристаллизации графит, получающийся при распаде аустенита, не образует самостоятельных выделений, а, наслаиваясь на имеющиеся графитные включения, увеличивает их размеры.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 «Анализ диаграммы состояния сплавов железо-цементит» Цель работы:Закрепить теоретические знания по теме «Диаграмма состояния сплавов железо-цементит». Научиться анализировать состояния сплавов с различным содержанием углерода при различных температурах с построением кривых охлаждения. Задание: 1.Вычертить диаграмму состояния сплавов железо-цементит. 2. Сделать анализ состояния железоуглеродистых сплавов со следующим содержанием углерода: 1 вариант 4,3% С при t = 900°С 0,l%C при t = 750°C 2 вариант 2,0% С при t = 900°С 0,8% С при t = 600°С 3 вариант 5,5% С при t = 800°С 0,01%С при t = 200°С 3. Для уяснения механизма образования структур стали проследить процесс медленного охлаждения сплавов содержащих: 1 вариант 0,3% С 1,3% С 3% С 2 вариант 0,8% С 2% С 5% С 3 вариант 0,5% С 1,8% С 4,5% С 4. Построить кривые охлаждения для заданных сплавов. 5. На каждом участке кривой охлаждения первого сплава указать названия фаз, а на кривых охлаждения 2-го и 3-го сплавов - названия структурных составляющих. Методические указания. Диаграмма состояния сплавов железо-цементит дает возможность установить изменение в строении сплава при его нагревании или охлаждении, определить положение критических точек, названия фаз и структурных составляющих, а также количество каждой из них при заданной температуре. Все эти сведения необходимы для назначения режима термической обработки сплавов, а также для определения свойств сплавов. Диаграмма состояния сплавов железо-цементит (рис. 1.27) состоит из нескольких областей образованных линиями диаграмм. Каждая такая область характеризуется определенным структурным состоянием и соответствующим ему содержанием углерода. Она включает одну или две фазы, которые, в свою очередь, в твердом состоянии образуют структурные составляющие. В зависимости от скорости охлаждения сплавы могут находиться в стабильном или метастабильном состоянии. Первое у них наиболее устойчивое и образуется в условиях медленного охлаждения сплава, при которых фазовые превращения успевают произойти полностью. В сплавах железо-углерод стабильное состояние характеризуется наличием фазы графита, а метастабильно наличием фазы цементита (ибо возможен распад цементита Fe3C).
Рис.1.27 В системе железо-цементит фазами метастабильного состояния будут: а) жидкость г) цементит б) α γ - железо д) феррит в)аустенит При этом в температурном интервале от 0°С до 727°С все сплавы состоят из двух фаз феррита и цементита. Структурная составляющая - это элемент структуры, состоящей их 1-ой или более фаз. Структурными составляющими будут а) α γ - железо в) цементит д) перлит б) аустенит г) феррит е) ледебурит Две последние составляющие будут двухфазными, а остальные -однофазными. На диаграмме указаны названия структурных составляющих, а следовательно, и структур, образуемых двумя фазами в указанных областях. Линии диаграммы отвечают положению критических точек, а последние -фазовым превращениям, т.е. кристаллизации или плавлению. Если критическая точка расположена на наклонной линии (например PQ). то сплав состоит из двух фаз; если - на горизонтальной линии (например PSK или ECF), то сплав будет трехфазным. Наклонные линии диаграммы отвечают фазовым превращениям, совершающимся при переменной температуре. Такие превращения на кривой охлаждения изображаются наклонным участком. Горизонтальные линии диаграммы показывают фазовые превращения, совершающиеся, при постоянной температуре. Они изображаются на кривой охлаждения горизонтальным участком. При охлаждении железоуглеродистых сплавов в основном различают следующие превращения, совершающиеся при постоянных температурах: Эвтектоидное - при температуре, соответствующей линии PSK. Это превращение совершается в твердом состоянии - фаза аустенита концентрации, соответствующей точки S(C=0,08%) распадается с образованием равномерной механической смеси двух фаз: феррита и цементита. Механическая смесь этих двух фаз называется перлитом.В результате эвтектоидного превращения ледебурит при температурах ниже 727°С состоит из перлита и цементита. Эвтектическое - при температуре, соответствующей линии ECF. Из жидкости, где концентрация углерода 4,3%, при охлаждении образуется эвтектика, называемая ледебуритом(аустенит + цементит). Пример 1. Сделать анализ состояния сплава с содержанием углерода 4,6% при t =1150°C Ответ: На диаграмме точка 1 1 (4,6%С; 1150°С) - жидкий сплав + цементит I. Пример 2. Проследить процесс медленного охлаждения сплава, содержащего 4%С. Ответ: Сплав, содержащий 4%С называется доэвтектический чугун. Т 1 - жидкий сплав. т 1-2 - жидкий сплав + кристаллы аустенита. т 2 - при температуре 1147°С - окончательное затвердевание чугуна. т 2-3 - структура аустенит + ледебурит + цементит II. т 3 - оставшийся аустенит при температуре 727°С превращается в перлит ледебурит + цементит II. Пример 3 Построить кривые охлаждения для заданных сплавов. Пример 4 Вычертить диаграмму состояния системы Fe-Fe3 C. Вывод: Таким образом, структура доэвтектических чугунов после медленного охлаждения состоит из перлита, ледебурита и цементита II. |
|
