Анализ диаграммы состояния сплавов IV тина

Компоненты А и В на диаграмме (рис. 4.4) при определен­ном соотношении создают устойчивое химическое соединение.

Описание диаграммы. Линия abcde- линия ликвидуса, ли­ния jbkldm - линия солидуса.

Характерно то, что в этой системе сплавов при определен­ном соотношении атомов компонентов образуется химическое соединение, которое условно можно обозначить А_n В_n.

Вертикальная линия, проходящая через точку на оси абс­цисс, показывающая состав химического соединения, является температурной осью ординат для этого соединения. Компонен­тами являются только А и В, а твердыми фазами – А_n В_m и А_n В_m.

Химическое соединение A„B_m взаимодействует с компо­нентами А и В как самостоятельный компонент и может обра­зовать различные фазы: твердые растворы, эвтектику. От харак­тера взаимодействия зависит и общий вид диаграммы IV типа. Она представляет собой сдвоенную, состоящую из двух частей диаграмму. Части могут быть диаграммами любого типа, в ча­стности диаграммой I типа с эвтектическими точками и линиями (рис. 4.4).

Описание кривых охлаждения различных составов сплавов и схем структур аналогично описанию таковых в предыдущих типах диаграмм, но с учетом особенностей образования фаз до состава химического соединения и после.

В качестве примера на рис. 4.4 даны описания кривых ох­лаждения двух сплавов: I-I и II-II, из которых видна иден­тичность анализа диаграммы IV типа и других.

Аналогична также методика определения фаз в двухфазных областях, их составов и массового соотношения.

Контрольное задание

- Перечертить диаграмму состояния, описать области диа­граммы, охарактеризовать все линии (диаграмма задается пре­подавателем).

- На линии концентрации показать точку - заданный состав сплава (задается преподавателем).

- Построить кривую охлаждения и описать ее в последова­тельности, указанной в методике фазового и структурного ана­лиза диаграмм состояния данной лабораторной работы.

- Нарисовать и описать схему структуры заданного сплава при комнатной температуре.

- Указать температуру (задается преподавателем) на оси ординат для выбранного сплава в двухфазной области диаграм­мы. Определить виды фаз, находящихся в равновесии при за­данной температуре.

- По правилу отрезков определить составы этих фаз, коли­чественное соотношение их масс.

Содержание отчета

1. Тема, цель работы.

2. Результаты выполненной контрольной работы согласно заданию - с описанием диаграммы, образующихся фаз при по­строении кривой охлаждения, структуры при комнатной темпе­ратуре (применение правил фаз и отрезков обязательно).

9. Контрольные вопросы

1. Почему металлические сплавы являются основными кон­струкционными материалами?

2. Какие фазы в твердом состоянии могут образовать ком­поненты сплавов?

3. Что называется диаграммой состояния сплавов? Какие бывают типы диаграмм? От чего зависит вид диаграммы?

4. Описать фазы и линии на диаграммах I, II, III, IV типов.

5. Как строятся кривые охлаждения сплавов с помощью диаграммы состояния? Почему на них появляются точки пере­гибов и горизонтальные площадки?

6. Как формируется структура сплавов в результате фазовых превращений? Рассказать на конкретном примере.

7. Как определяются составы фаз и количественное соотно­шение их масс в заданных составах сплава и температуре?

ФГБОУ ВПО Чувашский Государственный Университет им. И. Н. Ульянова

Электротехнический факультет ТРП.

Лабораторная работа 5

Анализ диаграммы состояния сплавов Fe—Fe₃C

Выполнил: ст. гр. ЭТ-51-11_____

___________________________

Проверил:__________________

___________________________

Г. Чебоксары 2012г.

Цель работы - приобретение навыков по фазовому и струк­турному анализу диаграммы состояния сплавов «железо- цементит».

1. Основные теоретические положения

Стали и чугуны — сплавы железа с углеродом — являются важнейшими конструкционными материалами. В них, кроме С и Fe, содержатся примеси, попадающие при выплавке. Однако двойная диаграмма состояний сплавов железо-углерод доста­точно точно показывает равновесное состояние фаз и структур при разных составах и температурах.

Существует два варианта диаграммы состояния сплавов же­леза с углеродом: Fe-Fe₃C, где углерод находится в связанном состоянии - в цементите, и Fe-Cr, где углерод находится в ви­де свободного графита. Второй вариант имеет место в высоко­углеродистых сплавах.

Диаграмма Fe-Cr строится на основе Fe-Fe₃C, только ли­нии выделения углерода обозначаются пунктиром.

При изучении фазовых превращений в сталях и белых чугу- нах пользуются диаграммой Fe - Fe₃C, а в серых чугунах - диа­граммой Fe-Cr.

В данной работе рассматривается диаграмма состояния Fe-Fe₃C (рис. 5.1).

Описание диаграммы. Диаграмма Fe-Fe₃C представляет собой как бы комбинированную диаграмму, включающую в се­бя признаки диаграмм I, III и IVтипов. Кроме того, она двух­уровневая, так как из-за полиморфизма железа сплавы на его основе претерпевают вторичную кристаллизацию в твердом со­стоянии. На диаграмме имеются однофазные и двухфазные области.

Выше линии ликвидуса ABCD все сплавы этой системы на­ходятся в состоянии жидкого раствора. Линия ликвидуса явля­ется геометрическим местом точек, соответствующих значениям температуры начала первичной кристаллизации сплавов с раз­ной концентрацией компонента.

Окончательная первичная кристаллизация происходит при значениях температуры на линии солидуса AHJECF. Левый верхний угол диаграммы показывает перитектические превра­щения при первичной кристаллизации сталей, содержащих уг­лерода примерно до 0,5%. Этот угол диаграммы в данной работе не рассматривается. В остальных частях диаграммы могут при­сутствовать твердые фазы: аустенит, феррит, цементит.

Аустенитом называют твердый раствор углерода в гамма- железе Fe_r(c).

Ферритом называют твердый раствор углерода в альфа- железе Fe₆(c). '

Цементитом называют химическое соединение железа с углеродом - карбид железа, который имеет формулу Fe₃C; он содержит 6,67% С.

Таким образом, на диаграмме железо-цементит имеются однофазные области: жидкая фаза, аустенит, феррит и правая ордината - цементит. Остальные области являются двухфазны­ми. Линия GS является геометрическим местом критических точек, соответствующих значениям температуры начала вто­ричной кристаллизации - начала перехода аустенита в феррит.

На линии CD находятся точки начала первичной кристал­лизации жидкой фазы с выделением твердых кристаллов пер­вичного цементита, а на линии ВС — первичного аустенита. Максимальная растворимость углерода в аустените 2,14%, что соответствует точке Е при температуре 1147 °С, а в феррите - 0,02% при температуре 727 °С (точка Р). При снижении темпе­ратуры с 1147 °С до 727 °С из аустенита по линии ES выделяет­ся углерод в виде самостоятельной фазы - цементита, который называется вторичным; в точке S в аустените массовая доля С равна 0,8%. Феррит также при снижении температуры с 727 °С до комнатной уменьшает массовую долю С до 0,006% (точка Q), выделяя по линии PQ углерод в фазе цементита, который называется третичным цементитом.

Важные реакции происходят на горизонтальных линиях диаграммы.

На линии ECF при t = 1147 °С происходит эвтектическое превращение жидкого сплава с образованием механической сме­си двух твердых фаз — аустенита и цементита. Эту смесь назвали ледебуритом. Массовая доля углерода в ледебурите равна 4,3%.

На линии PSK при температуре 727 °С происходит пре­вращение аустенита в механическую смесь фаз - феррита и цементита. Это превращение называется эвтектоидным, в от­личие от эвтектического, происходящего при первичной кри­сталлизации - переходе из жидкого состояния в твердое.

Эвгектоидная смесь феррита и цементита называется пер­литом. Массовая доля углерода в перлите равна 0,8%.

Сплавы с 0,02-2,14% углерода называются сталями, а выше 2,14% С - чугунами. Это деление не условное; фактически эти сплавы отличаются по структуре и свойствам.