Головна

Діаграма станів залізо-вуглець

  1.  UML. Концептуальний рівень. Діаграма класів і правила її побудови. Приклад.
  2.  Алгоритми пошуку в просторі станів.
  3.  Аналіз гріховних станів. Дозвіл непорозумінь. У чому гідність людини
  4.  АНАЛІЗ ФA3ОBИX рівноваги в системі ЖЕЛЕЗО-ВУГЛЕЦЬ
  5.  Бінарна фазову діаграму з евтектичним перетворенням
  6.  Види технічних станів. Події при експлуатації поліграфічних машин.
  7.  Графічний спосіб визначення зусиль в стержнях ферми. Діаграма Максвелла-Кремони.

Наявність двох високовуглецевих фаз (графіту і цементиту) призводить до появи двох діаграм станів: метастабільною - залізо-цементит і стабільною - залізо-графіт. Вільна енергія цементиту завжди більше, ніж вільна енергія графіту.

Кристалічні структури цементиту і аустеніту близькі, тоді як кристалічні структури аустеніту і графіту істотно різні. По складу аустеніт і цементит ближче один до одного і складу рідкої фази, ніж аустеніт і графіт (аустеніт містить до 2,14% С, цементит - 6,67% С, графіт - 100% C. Тому освіту цементиту з рідини або з аустеніту відбувається легше, робота освіти зародка, як і необхідні дифузійні зміни, менше в разі кристалізації цементиту, ніж при кристалізації графіту, незважаючи на менший виграш вільної енергії.

Діаграма станів залізо-цементит приведена на рис.3.1.

Лінії діаграми: АВСВD (Лінія ликвидус - відповідає температурам початку кристалізації) і AHJECF (Лінія солидус - відповідає температурам кінця кристалізації) характеризують початок і кінець первинної кристалізації, яка відбувається при затвердінні рідкої фази. лінії ES и PQ показують граничну розчинність вуглецю відповідно в аустените і феррите. При зниженні температури розчинність зменшується і надлишок вуглецю виділяється у вигляді цементиту.


Рис, 3.1. Діаграма станів залізо-цементит (Fe - Fe3C)


Цементит, що виділяється з рідкого металу, прийнято називати первинним, з аустеніту - вторинним, з фериту - третинним.

Три горизонтальні лінії HJВ, ЕСF и PSK вказують на перебіг трьох перетворень при постійній температурі. при +1499 оЗ (горизонталь HJВ) Відбувається перитектическая реакція LB + ФН®АJ, В результаті якої утворюється аустеніт.

при 1147 оЗ (горизонталь ЕСF) Протікає евтектична реакція LС ®АС + Ц (рідина, склад якої відповідає точці С перетворюється в евтектичну суміш аустеніту, склад якого відповідає точці Е, І цементиту. Ця евтектична суміш аустеніту і цементиту називається ледебурит.

при 727 оЗ (горизонталь PSK) Протікає евтектоїдна реакція A > ФР +Ц (на відміну від евтектики, що утворюється з рідини, евтектоїдна суміш виходить в результаті розпаду твердого розчину). Продукт перетворення - евтектоїдна суміш фериту і цементиту, яка називається перлитом. Перліт частіше має пластинчасту будову, тобто складається з чергуються платівок фериту і цементиту. Після спеціальної термічної обробки перліт може мати зернисту будову.

Однофазні області діаграми Fe - Fe3C: рідкий розплав (L) - Вище лінії АВСD, Ферит (Ф) - області ANH и GPQ, Аустеніт (А) - область JESGN і цементит (Ц) - при утриманні 6,67% С.

Двофазні області діаграми: AHB - В рівновазі знаходиться рідкий розплав і кристали ? -ферріта, NHJ -в рівновазі кристали ? -ферріта і аустеніту, JECB - В рівновазі рідкий розплав і кристали аустеніту, CDF - В рівновазі рідкий розплав і кристали цементиту, SECFK - В рівновазі кристали аустеніту і цементиту, GSP -вравновесіі кристали аустеніту і ? -ферріта, QPSKL - В рівновазі кристали ? - Фериту і цементиту.

Сплави заліза з вуглецем, що містять до 0,02% С, називають технічним залізом.

Сплави заліза з вуглецем при вмісті вуглецю від 0,02 до 2,14% звуться сталей (Від 0,02 до 0,8% - доевтектоїдних стали, Від 0,8 до 2,14% - заевтектоідние стали).

Сплави заліза з вуглецем, що містять від 2,14 до 6,67% С називаються чавунами (Від 2,14 до 4,3% С - доевтектичні, Від 4,3 до 6,67% С - заевтектичних чавуни).

У двофазних областях в будь-якій точці можна визначити кількість фаз і їх концентрацію, використовуючи правило відрізків. Наприклад, визначимо хімічний склад і кількість фаз для сплаву системи залізо-цементит в точці а, що знаходиться в області GSP (Рис.3.2).

Рис.3.2. Використання правила відрізків для аналізу діаграми

У цій області структурні складові - ферит і аустеніт. Проведемо горизонтальну лінію через точку а до перетину з лініями GP (крапка b) і GS (крапка с). проекція точки b (b/) Вказує хімічний склад фериту, а проекція точки с (с/) - Склад аустеніту. Ваговий вміст аустеніту  а фериту

Розглянемо кристалізацію деяких сплавів, що містять різну кількість вуглецю. При аналізі кристалізації доевтектоїдної стали проведемо для прикладу розрахунок числа ступенів свободи за формулою с = k - f +1, Де с - Число ступенів свободи, k - Кількість компонентів, f - Число фаз.

Кристалізація доевтектоїдної сталі, що містить більше 0,51% С (рис. 3.3), починається в точці 1, де в рідкій фазі зароджуються перші зерна аустеніту, і закінчується в точці 2. В процесі кристалізації склад рідкої фази змінюється по лінії ликвидус , А аустеніту по лінії солидус JE. Між точками 1 і 2 число ступенів свободи с = 2 - 2 + 1 = 1 (два компонента - залізо і вуглець, дві фази - рідина і аустеніт), отже, процес може йти зі зниженням температури. Після затвердіння сплав має однофазну структуру аустеніту. Між точками 2 і 3 йде охолодження аустеніту. Між точками 2 і 3 число ступенів свободи с = 2 - 1 + 1 = 2 (два компонента - залізо і вуглець, одна фаза - аустеніт), отже, процес може йти зі зниженням температури. В інтервалі від точки 3 до точки 4 відбувається перетворення: аустеніт ® низковуглеродний ферит. При цьому аустеніт збагачується вуглецем відповідно до лінії GS і в точці 4 концентрація вуглецю в ньому досягає евтектоїдной - 0,8% С. Між точками 3 і 4 число ступенів свободи с = 2 - 2 + 1 = 1 (два компонента - залізо і вуглець, дві фази - аустеніт і цементит), отже, процес може йти зі зниженням температури. При постійній температурі 727 ° С (майданчик 4-4 ') відбувається евтектоїдна перетворення A > ФР +Ц - аустеніту в мелкодисперсную суміш фериту і цементиту, яка називається перлітом. У точці 4 число ступенів свободи з = 2 - 3 + 1 = 0 (два компонента - залізо і вуглець, три фази - аустеніт, ферит і цементит), що підтверджує виділення перліту при постійній температурі. При подальшому охолодженні до точки 5 відбувається виділення з фериту надлишкового вуглецю (у зв'язку зі зниженням розчинності по лінії діаграми PQ) У вигляді теоретичного цементиту. Між точками 4 і 5 число ступенів свободи с = 2 - 2 + 1 = 1 (два компонента - залізо і вуглець, дві фази - ферит і цементит), отже, процес може йти зі зниженням температури. Кінцева структура Ф + П +ЦIII (Ферито-перлітною).

Кількісне співвідношення між ферритом і перлитом в доевтектоїдних сталях визначається вмістом вуглецю (чим вищий вміст вуглецю, тим більше перліту).

Кристалізація зазвтектоідних сталей (рис.3.4) починається в точці 1 виділенням з рідкого розплаву аустеніту і закінчується в точці 2. Склад рідкого розплаву змінюється по лінії , А аустеніту - по лінії JE. Після затвердіння сплав має однофазну структуру аустеніту. При подальшому охолодженні від точки 2 до точки 3 структурних перетворень сталь не зазнає, йде просте охолодження. В інтервалі точок 3-4 відбувається виділення вторинного цементиту в зв'язку зі зменшенням розчинності вуглецю в аустеніт відповідно до лінії ES діаграми. При повільному охолодженні цементит виділяється по межі аустенітних зерен. Составаустеніта змінюється відповідно до лінії ES і в точці 4 при температурі 727 ° С аустеніт містить 0,8% С. На лінії SK (На кривій - майданчик 4-4 ') відбувається евтектоїдна перетворення аустеніту в перліт. При подальшому охолодженні нижче точки 4 з фериту, що входить в перліт, виділяється третинний цементит. Третинний цементит, нашаровуючись на кристали вторинного цементиту і цементиту перліту, не робить помітний вплив на властивості. Тому при розгляді структур заевтектоідних сталей про третинному цементиті зазвичай не згадують. Кінцева структура П + ЦII + ЦIII - Перлито-цементітная.

   
   
 Рис.3.3. Сплав 1 (доевтектоїдних сталь)  Рис.3.4. Сплав 2 (заевтектоідних сталь)
   
 Рис.3.6. Сплав 3 (доевтектичний чавун)  Рис.3.7 Сплав 4 (заевтектичних чавун)

Доевтектичні чавуни (рис.3.5) починають кристалізацію в точці 1, де при подальшому охолодженні відбувається виділення з рідкої фази кристалів аустеніту змінного складу, концентрація якого визначається лінією JE , А рідкого розплаву - лінією ликвидус . У точці 2 вміст вуглецю в розплаві досягає 4,3% і при постійній температурі тисяча сто сорок сім ° С залишився розплав кристалізується в евтектики (дисперсну суміш аустеніту, що містить 2,14% С, і цементиту), званої ледебуріта LC >АE+Ц. Ледебурит має стільникове або пластинчаста будова. При подальшому охолодженні (ділянка 2 - 3) аналогічно заевтектоідной стали з аустеніту (структурно вільного і входить до складу ледебуріта) виділяється надлишковий вуглець у вигляді вторинного цементиту. Аустеніт при цьому збіднюється вуглецем і при температурі 727 ° С набуває склад, відповідний Евтектоїдних. У точці 3 починається евтектоїдна перетворення аустеніту в перліт при постійній температурі 727 ° С (майданчик 3-3/). Перліт утворюється з структурно вільного аустеніту і з аустеніту, що входить до складу ледебуріта. Ледебурит, що складається з суміші цементиту і перліту, носить назву видозміненого ледебуріта Лвид (П + Ц) на відміну від ледебуріта складу Л (А + Ц). При подальшому охолодженні від точки 3/ до точки 4 відбувається виділення надлишкового вуглецю з фериту, що входить в перліт і видозмінений ледебурит, у вигляді теоретичного цементиту, нашаровуються на цементит перліту і ледебуріта. Третинний цементит не впливає на властивості чавунів через незначної кількості, в порівнянні із загальною кількістю цементиту в чавунах. Кінцевий склад доевтектичний чавуну П + Лвид+ ЦII, Тому такий чавун називають перлито-ледебуріта-цементітние чавуном.

Кристалізація заевтектичних чавунів (рис.3.6) починається в точці 1 виділенням з рідкого розплаву первинного цементиту. При цьому склад розплаву змінюється по лінії DC. Виділяючи високовуглецеву фазу - цементит, розплав збіднюється вуглецем і при температурі 1147 ° С містить 4,3% С. При постійній температурі розплав кристалізується з утворенням ледебуріта. При подальшому охолодженні з аустеніту, що входить в ледебурит, виділяється надлишковий вуглець у вигляді вторинного цементиту, і склад аустеніту змінюється по лінії ES. При досягненні температури 727 ° С аустеніт, що містить 0,8% С, перетворюється в перліт A > ФР +Ци утворюється видозмінений ледебурит. При подальшому охолодженні від точки 3/ до точки 4 з фериту, що входить до складу перліту видозміненого ледебуріта, виділяється надлишковий вуглець згідно кривої РQ у вигляді теоретичного цементиту, нашаровуються на цементит перліту. Кінцева структура заевтектичних чавуну Лвид + ЦI + ЦII носить назву ледебуритного-цементітние чавуну.

Таким чином, у всіх сталей, що містять менш 2,14% С, в результаті первинної кристалізації виходить структура аустеніту, а після затвердіння не міститься тендітної структурної складової - ледебуріта; у всіх чавунів, що містять більше 2,14% С, структура первинної кристалізації складається з ледебуріта з первинним аустенітом або це-ментітом, а при кімнатній температурі структура складається з відоізме-ненного ледебуріта, цементиту і, у доевтектичний чавуну, перліту.

Стали при високому нагріванні мають аустенитную структуру, що володіє високою пластичністю, тому вони легко деформуються при нормальних і підвищених температурах.

Чавуни мають кращі ливарні властивості, в тому числі більш низькою температурою плавлення і мають меншу усадку.



 Компоненти і фази в сплавах заліза з вуглецем |  Вплив вуглецю і постійних домішок на властивості сталей

 Діаграма станів сплавів з необмеженою розчинністю компонентів в твердому стані |  Розчинність компонентів в твердому стані |  Діаграма станів сплавів зі стійким хімічним з'єднанням |  правило відрізків |  Побудова кривих охолодження сплавів |  металографічний макроанализ |  металографічний микроанализ |  Проводить металографічний мікроскоп МІМ-7 |  Металографічні АНАЛІЗ СПЛАВОВ СИСТЕМИ СВИНЕЦЬ-сурма |  ПЕРЕЛІК КОНТРОЛЬНИХ ПИТАНЬ |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати