Практическая работа 2
ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ОХЛАЖДЕНИЯ
Цели работы
Научиться строить кривую охлаждения железоуглеродистого сплава с определенным содержанием углерода по диаграмме состояния сплавов; пояснять структурные превращения для заданного сплава в критических точках кривой охлаждения.
Краткие теоретические сведения
Для определения температурных интервалов, видов термической обработки, температуры плавления и заливки сплава в литейные формы пользуются специальными диаграммами состояния сплавов.
Диаграмма состояния сплавов - графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов.
Для построения диаграмм состояния сплавов используют множество кривых охлаждения сплавов с различными концентрациями компонентов в зависимости от температуры и времени охлаждения. Однотипные критические точки (например, соответствующие температурам плавления сплавов) кривых охлаждения соединяют линией. Замкнутая область на диаграмме состояния, ограниченная линиями, имеет однотипную структуру.
Рис.1. Диаграмма состояния сплавов Fe – Fe3C
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов (рис.1):
Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Наибольшая растворимость углерода в феррите 0,02 % при 727ºС. Феррит имеет незначительную твёрдость (НВ 80 - 100) и прочность, но высокую пластичность(δ=50 %).
Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Существует только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14 % при температуре 1147ºС и 0,8 % при 727ºС. Аустенит имеет твёрдость НВ 160 - 200 и пластичность δ=40 - 50 %
Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600ºС. Имеет сложную кристаллическую решетку. Самая твердая (НВ~800) и хрупкая составляющая железоуглеродистых сплавов.
Перлит - механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при температуре 727ºС. Этот распад называется эвтектоидным, а перлит - эвтектоидом, т.е. подобный эвтектике, но образующийся из твёрдой фазы При комнатной температуре перлит имеет твёрдость НВ 160.
Ледебурит - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3 % углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при температуре 1147ºС. Ледебурит имеет твёрдость НВ 600 - 700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727ºС аустенит превращается в перлит, то при более низких температурах ледебурит представляет собой уже смесь перлита и цементита.
Задание на практическую работу
1. По диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.4) построить кривую охлаждения для сплава с указанным в таблице 1 содержанием углерода.
2. Провести анализ структурных превращений для заданного сплава в критических точках кривой охлаждения.
Таблица 1.1
| Вариант | Содержание углерода в сплаве | Вариант | Содержание углерода в сплаве |
| 0,7 | 0,5 | ||
| 0,6 | 0,8 | ||
| 1,2 | |||
| 1,4 | 1,8 | ||
| 2,8 | |||
| 2,5 | 3,5 | ||
| 4,3 | |||
| 1,9 | |||
| 2,6 | 1,5 | ||
| 1,6 | 2,4 | ||
| 2,8 | 3,2 | ||
| 3,8 | 3,6 | ||
| 4,8 | 1,3 | ||
| 0,9 | 1,9 | ||
| 1,1 | 1,3 |
Пример выполнения работы
По диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) построить кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 3 % с последующим анализом структурных превращений.
Для заданного сплава по диаграмме состояния критические точки будут при температурах 1360, 1147 и 727°С
Данный сплав представляет собой доэвтектический чугун, потому что содержание углерода в сплаве меньше 4,3% (эвтектика).
При температурах выше 1360°С сплав находится в жидком состоянии. При температуре 1360°С в сплаве начинают образовываться твердые частицы аустенита.
При температуре 1147°С сплав полностью переходит в твердое состояние. Структура состоит из эвтектики (ледебурита), который представляет собой механическую смесь аустенита и цементита.
При температуре 727°С аустенит перекристаллизуется в перлит, поэтому структура сплава при более низких температурах состоит из включений аустенита, вторичного цементита и ледебурита.
Пример выполнения работы, если сплав содержит углерод 3% С:
Содержание отчета
8. Название практической работы.
9. Цель работы.
10. Задание.
11. Кривая охлаждения.
12. Название данного сплава.
13. Анализ структурных превращений в критических точках кривой охлаждения.
2.6 Контрольные вопросы
1. Дайте определение следующим терминам:
2. - структура;- кривая охлаждения;- критическая точка;- диаграмма состояния сплавов;- солидус;- ликвидус; эвтектика, эвтектоид.
3. Какие структурные составляющие могут присутствовать в железоуглеродистых сплавах и что они собой представляют? Дайте определения и опишите.
4. Чем отличаются между собой эвтектика и эвтектоид?
5. Как построить диаграмму состояния сплавов?
6. Что можно узнать по диаграмме состояния сплавов?