1.3 Кривая охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 ºС и её описание (с применением правила фаз) для сплава с содержанием углерода 0,4%

Рисунок 2 Рисунок 3

На рис.2 изображена диаграмма состояния системы железо-цементит для сплава с содержанием углерода 0,4%.

На рис.3 изображена кривая охлаждения для этого же сплава (С=0,4%).

Точки 1,2,3,4 – это критические температуры для данной стали. Выше температуры 1520 ºС сталь находится в жидком состоянии. При температуре 1520 ºС начинается первичная кристаллизация с выделением из жидкости аустенита.

Процесс кристаллизации аустенита заканчивается при температуре 1460 ºС. Следовательно, в результате первичной кристаллизации получается аустенит.

При температуре 820 ºС аустенит начинает превращаться в феррит. Этот процесс заканчивается при температуре 727 ºС. При этой температуре (727 ºС) оставшийся аустенит превращается в перлит. Этот процесс занимает более длительное время. В итоге вторичная кристаллизация данной стали заканчивается при температуре 727 ºС с образованием структуры: перлит + феррит. Для данной диаграммы применяем правило фаз. Правила фаз: устанавливает зависимость между числом степеней свободы системы, числом компонентов и числом фаз, находящихся в равновесии и выражающихся уравнением: С=К+2-Ф, где

С – число степеней свободы системы;

К – число компонентов;

Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

При применении правила фаз к металлам число внешних факторов (2) (температура и давление) в полном объеме не учитывается, т.к. давление, за исключением очень высокого, не влияет на число фаз, находящихся в равновесии. Тогда уравнение примет следующий вид: С=К+1-Ф.

Применяем правило фаз к кривой охлаждения стали марки 40ХФА. См. рис.3. По формуле: С=К+1-Ф определяем число степеней свободы системы (С).

На участке 1-2 С=2+1-2=1:К=2т.к. сплав содержит два компонента железо и углерод; Ф =2 т.к.число фаз на данном промежутке диаграммы = 2-это жидкость и аустенит; С ≠ 0, значит кристаллизация проходит в интервале температур от 1520 ºС до 1460 ºС.

На участке 2-3 С=2+1-1=2: К=2; Ф=1; т.к. число фаз на данном промежутке диаграммы =1 – это аустенит; С ≠ 0, значит кристаллизация происходит в интервале температур от1460 ºС до 820 ºС .

На участке 3-4 С=2+1-2=1: К=2; Ф=2, т.к. число фаз на данном промежутке диаграммы = 2 – это аустенит и феррит. С ≠ 0, значит кристаллизация проходит в интервале температур от 820 ºС до 727 ºС.

На участке 4а-4 С=2+1-3=0: К=2; Ф=3, т.к. число фаз на данном промежутке диаграммы = 3 – аустенит, перлит и феррит. С=0, значит кристаллизация идет при постоянной температуре = 727 ºС .

1.4 Содержание углерода в фазах и количественное соотношение этих фаз при температуре 1500 ºС для заданного сплава.

На рисунке 2 изображена диаграмма(Fe-Fe₃C) для сплава с содержанием углерода 0,4 %. Точка (b) находится между линиями ликвидуса и солидуса при температуре 1500 ºС . Пользуясь рисунком 2, определяем содержание углерода в фазах. Точка (а) показывает содержание углерода в аустените, которое равно 0,3% , а содержание углерода в жидкости равно 0,7% . –(точка с).Так же по рис.2 можно определить количественное соотношение фаз. Участок (ab) содержит 0,1% углерода, а участок (bc) – 0,3% углерода. Если взять весь участок (ac) за 100% (ас=0,4) , то можно найти соотношение аустенита и жидкого раствора сплава.

Х₁= = 25% где, Х₁-колличество углерода в жидкости.

Х₂= =75% где, Х₂- количество углерода в аустените.

Количество углерода в аустените (участок bc) будет равно 75%, на участке (ab)- 25%- это количество углерода в жидком сплаве.