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 Аn Вn.
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 – Аn Вm и Аn Вm.
Химическое соединение A„Bm 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 Fer(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.