- •Диаграмма состояния сплавов «железо-углерод» цель работы
- •1. Теоретическая часть
- •2. Методика выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Теоретическая часть.
- •Микроструктурный анализ железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии цель работы
- •Теоретическая часть
- •Оборудование и материалы
- •3. Методика проведения работы
- •4. Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическая часть
- •Порядок выполнения работы
- •Определение микротвердости металлов и сплавов на приборе пмт-3 цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика выполнения работы
- •Техника безопасности
- •Контрольные вопросы
- •Критические точки стали 45 цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика проведения работы
- •Определение по графику значений критических точек Аа и Асз.
- •Техника безопасности
- •Контрольные вопросы
- •Термическая обработка углеродистых сталей: отжиг, нормализация и закалка цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Отпуск углеродистой стали 45 цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика проведения работы
- •Оформление отчета
- •Контрольные вопросы
- •Термообработка легированных сталей цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика выполнения работы
- •Оформление отчета
- •Техника безопасности
- •Контрольные вопросы
- •Термическая обработка сталей 30 и зохгса цель работы
- •Теоретическая часть
- •Методика определения прокаливаемости сталей
- •Методика проведения термической обработки
- •4. Оформление отчета
- •Техника безопасности
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
- •1. Теоретическая часть 13
- •1.Теоретическая часть 24
- •Редактор л.А. Маркешина
- •450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
- •6. Какие преимущества метода Роквелла перед методом Бринелля?
13
Диаграмма состояния сплавов «железо-углерод» цель работы
Изучить фазовые и структурные превращения железоуглеродистых сплавов и научиться строить для них кривые охлаждения.
1. Теоретическая часть
Углеродистые стали и чугуны являются конструкционными материалами, применяемыми в промышленности. Фазовые превращения, которые происходят в них при нагреве и охлаждении, необходимо знать при выборе режимов термической обработки, сварке, горячей обработке металлов давлением (прокатке, ковке, штамповке).
Изменение фазового состава сплавов в зависимости от температуры и соотношения компонентов показывает диаграмма состояния.
Сплавы системы Fe-C образуют два компонента — железо и углерод.
Железо - металл серебристо-белого цвета, имеет атомный вес 55,85; атомный радиус 1,27 А0; температура плавления 1539 °С (точка А), плотность 7,86 г/см . Железо обладает высокой прочностью и твердостью, высокой пластичностью: НВ 80, ов = 250 МПа, 5 = 50 %, xj = 80 %. Оно имеет три полиморфные модификации: Fea, Fey и Feg. До 911 °С железо имеет кубическую объемно-центрированную решетку (ОЦК - Fea), от 911 до 1392 °С - кубическую гранецентрированную решетку (ГЦК - Fey), от 1392 до 1539 °С - кубическую объемно-центрированную решетку (ОЦК - Fes).
Углерод - неметаллический элемент, атомный радиус 0.77 А0; атомный вес - 12,01; температура плавления 3500 °С; плотность - 2,5 г/см3. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может находиться в виде модификаций алмаза и фуллерена. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состоянии, с железом может образовывать химическое соединение - карбид железа РезС (цементит).
1.1. Фазы на диаграмме Fe-C
На диаграмме Fe-C могут быть четыре фазы: жидкая (Ж), феррит (Ф), аустенит (А), цементит (Ц).
Жидкая фаза - существует выше линии ликвидус. Железо хорошо растворяет углерод, образуя однородную жидкую фазу.
Феррит — твердый раствор внедрения углерода в Fea Атом углерода располагается в центре грани куба. Растворимость его переменная от температуры. Максимальная растворимость достигает 0,02 % при 727 °С. При комнатной температуре максимально растворяется до 0,006 %. Феррит - техническое железо; он ферромагнитен до 768 °С (точка Кюри), а выше - парамагнитен.
Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в Fey. Атом углерода располагается в центре элементарной ячейки. Растворимость его переменная от температуры. Предельная растворимость углерода в Fea 2,14 % при 1147 °С и 0,8 % при 727 °С. Аустенит парамагнитен, вязок, пластичен. Твердость НВ 170, 5 = (40...50)%.
Цементит - химическое соединение железа с углеродом Fe3C. В цементите содержится 6,67 % С. Он имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой находится 12 атомов железа и 4 атома углерода. Температура плавления цементита точно не определена и принимается равной 1600 °С (точка Д). Цементит обладает очень высокой твердостью - порядка 800 НВ, хрупкий. Магнитные свойства теряет при 217 °С. По моменту образования в сплаве при охлаждении цементит условно подразделяется на первичный (Ц) - кристаллизуется из жидкой фазы, вторичный (Цц) - образуется за счет изменения растворимости углерода в аустените, третичный (Ци) - образуется за счет изменения растворимости углерода в феррите.
В работе рассматривается упрощенная диаграмма Fe-C без высокотемпературного участка перитектического превращения (рисунок).
-
Линии на диаграмме Fe-C
ACD - ликвидус; AECF - солидус; SE - линия предельной растворимости углерода в аустените; PQ - линия предельной растворимости углерода в феррите; GS - линия начала вторичной перекристаллизации (при охлаждении) аустенита в феррит; PG - линия конца вторичной перекристаллизации; S - эвтектоидная точка; С - эвтектическая точка; PSK - линия эвтектоидного превращения; ECF - линия эвтектического превращения.
-
Сплавы на диаграмме Fe-C
В зависимости от содержания углерода сплавы называются: до 0,02 % С - техническое железо; до 2,14 % С - углеродные стали;
от 0,02 до 0,8 % С - доэвтектоидные стали;
0,8 % С - эвтектоидная сталь; свыше 0,8 до 2,14 % С - заэвтектоидные стали; свыше 2,14 до 6,67 % С - углеродные чугуны; от 2,14 до 4,3 % С - доэвтектические чугуны;
4,3 % С — эвтектический чугун;
■ свыше 4,3 до 6,67 % С - заэвтектический чугун;
6,67 % С - цеме
Диаграмма состояния сплавов системы “Fe - С” и кривая охлаждения эвтектического сплава
-
Двухфазные структуры на диаграмме Fe-C
Перлит (П) — это механическая или эвтектоидная смесь двух фаз: феррита и цементита вторичного. Он образуется при охлаждении, когда аустенит, содержащий 0,8 % С ( точка S), распадается на две фазы - бедную углеродом (Ф) и богатую углеродом (Ц). Твердость перлита около НВ 200.
Эвтектоидное превращение идет при постоянной температуре (линия
PSK):
727 °С
А -> П(Ф + Ц„) (1)
0.8% С 0.02% С 6.67% С
Ледебурит (Л) — это механическая или эвтектическая смесь аустенита и цементита в интервале температур от 1147 до 727 °С и перлита и цементита ниже 727 С.
Ледебурит образуется при температуре 1147 °С, когда жидкая фаза содержит 4,3 % С (точка С). Он имеет твердость около 650 НВ.
Эвтектическое превращение идет при постоянной температуре (линия
ECF):
1147 °С
Ж -» Л(А + Ц) (2)
4.3% С 2.14% С 6.67% С
-
Фазовые превращения сплавов
Изучение фазовых превращений сплавов необходимо связывать с кривыми охлаждения. Вид кривой охлаждения для эвтектического сплава (4,3 % С) приведен на рисунке. На его примере подробно рассмотрим превращения, которые происходят при охлаждении сплава.
При постоянной температуре 1147 °С (точка С) вся жидкая фаза превращается в ледебурит (2), в котором аустенит содержит 2,14 % С. По мере охлаждения содержание в нем углерода снижается до 0,8 %. Этот избыточный углерод образует с железом цементит вторичный (Цц). При температуре 727 °С идет эвтектоидное превращение (1), в результате которого образуется феррит (в составе перлита) с содержанием углерода 0,02 %. При охлаждении содержание углерода в феррите уменьшается до 0,006 % и образуется цементит третичный (Цш). Изменение фазового состава эвтектического сплава происходит по схеме:
Hi
■1И?°С>
л (А + Ki)
4,3 У.С 2,14ХС б , 67ХС
>Ц11
А
■?.27°С>
п
(ф
+ ц„)
О, 8ХС О, 02 ХС 6,67ХС
| -> Цш
V
Ф
О,ООбХС
При комнатной температуре в состав ледебурита будут входить фазы: феррит, цементит первичный, вторичный и третичный; или ледебурит состоит из перлита и цементита первичного (П+Ц). Из-за небольшого количества цементит вторичный и третичный на этих участках диаграммы не приводится.
В доэвтектических и заэвтектических сплавах процесс кристаллизации начинается с образования соответственно фазы бедной (А) или богатой углеродом (Ц1). При этом по мере охлаждения в жидкой фазе концентрация углерода приближается к эвтектической (4,3 %) и далее идет по схеме (3).
Фазовые превращения в сталях отличаются от фазовых превращений в чугунах тем, что в них не образуется ледебурит. Жидкая фаза при кристаллизации образует аустенит. В эвтектоидной стали (0,8 % С) при температуре 727 °С образуется перлит (1), а при дальнейшем охлаждении - цементит третичный. В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях идет образование соответственно феррита (линия QS) и цементита вторичного (линия SE). В результате этого содержание углерода в аустените приближается к эвтектоидной концентрации и идет эвтектоидное превращение (линия PSK). При дальнейшем охлаждении сплавов образуется цементит третичный.