Задача 40

Содержание углерода – 6,5%

Температура – 650⁰С

1. Начертить диаграмму состояний железо-цементит, провести на ней ординату, соответствующую заданному сплаву, обозначить на ней все критические точки.

2. Рядом с диаграммой справа начертить кривую охлаждения данно­го сплава, показав связь критических точек на диаграмме и кривой охлаждения.

3. Описать сущность превращений, происходящих в сплаве при медленном охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной. Обязательно пояснить причины вызывающие превращения.

4. На ординате сплава отметить точку, соответствующую заданной температуре и провести через нее коноду. Пользуясь правилом отрез­ков, определить состав фаз, их количество и процентное содержание компонентов.

РЕШЕНИЕ:

1. На диаграмме Fe-Fe₃C проведем вертикальную линию, соответствующую концентрации 6,5 %. Расставим и обозначим точки пересечения перпендикуляра с линиями диаграммы

Рассмотрим процесс охлаждения белого заэвтектического чугуна, содержащего 6.5% углерода.

До точки 1, лежащей на линии ликвидуса, сплав жидкий.

Первичная кристаллизация

В интервале температур t₁-t₂ жидкого сплава выделяются кристаллы цементита, который назы­вают первичным цементитом и обозначают Fe₃C_I или Ц_I. В процессе выделения из жидкого сплава первичного цементита жидкий сплав обедняется углеродом по линии ликвидуса ВC. После достижения температуры точки t₂ (1147°С) жидкая часть сплава эвтектического состава (4,3 % С) кристаллизуется с образованием эвтектики — ледебурита

Непосредственно после окончания кристаллизации структура заэвтектического белого чугуна будет состоять из первичного цементита и ледебурита, или Ц₁ + Л.

Вторичная кристаллизация сплава

При охлаждении ниже температуры 1147°С структура чугуна изменяется следующим образом.

При понижении температуры от 1147 до 727 °С пре­дельная концентрация углерода в аустените уменьшается. В этом тем­пературном интервале аустенит обедняется углеродом и образуется высокоуглеродистая фаза — цементит вторич­ный, или Fе₃С_II.

После окончания кристал­лизации имеется аустенит, то все они в интервале темпе­ратур от 1147 до 727 °С претерпевают фазовое превраще­ние с образованием вторичного цементита.

После охлаждения до 727 °С структура заэвтектического чугуна будет следующей:

Ц_I + Л (А+Ц_II+Ц_э).

При 727 °С происходит эвтектоидное превращение аустенита:

А→Ф + Ц с образованием перлита. Следовательно, весь имеющийся в чугунах аустенит пре­вращается в перлит.

Ниже 727 °С структура заэвтектического чугуна будет следующей:

Ц_I + Л (превращенный ле­дебурит).

Превращенный ледебурит отличается от ледебурита, существовавшего при температурах выше 727 °С, тем, что имевшийся в нем аустенит превратился в перлит. Следо­вательно, превращенный ледебурит состоит из перлита и цементита.

Микроструктура заэвтектического чугуна показана на рисунке. В эвтектике (ледебурите) более половины ее количества приходится на цементит — твердую, хрупкую фазу. Первичный це­ментит выделяется при кристаллизации в виде крупных светлых кристаллов пластинчатой формы.

Таким образом, в заэвтектическом чугуне обязательной струк­турной составляющей является ледебуритная эвтектика, отличающаяся большой хрупкостью. Эвтектика делает чугун хрупким. Чем больше углерода в чугуне, тем больше в структуре эвтектики и тем более хрупким является чугун. Наиболее хрупок заэвтектический чугун, содержа­щий кроме ледебурита крупные хрупкие кристаллы пер­вичного цементита.

Конечная структура сплава при полном охлаждении — ледебурит (перлит + цементит) и це­ментит.

При температуре 650⁰С сплав имеет две фазы: ледебурит (феррит+цементит) и цементит (вторичный). Проведем коноду. Точка в – это точка пересечения коноды и линии концентрации сплава

Используя правило отрезков, определим содержание феррита и цементита (вторичного)

По оси концентрации определим длины отрезков:

L_ав=6.5-0,006=6.494

L_ас= 6,67-0,006=6,664%

L_вс=6,67-6.5 =0.17