1.2 Указание структурных составляющих и фаз во всех областях диаграммы и определения с указанием твердости.

Цементит – (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом Fe₃C , содержащее 6,67 % углерода. Цементит магнитен, обладает высокой твердостью (твердость по Бринеллю равна при­мерно НВ 8000 МПа ) и хрупкостью.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железо. Феррит имеет кубическую объемно центрированную кристал­лическую решетку. При комнатной температуре в феррите растворяется около 0,01 % углерода. С повышением температуры растворимость углерода в феррите возрастает и достигает 0,02 % (при 727°С). Феррит обла­дает, высокой пластичностью ( до 50 %), низкой твердостью (НВ 700… 800 МПа) и прочностью (σ_в = 250 МПа) и высокими магнитными свойствами, которые сохраняются при нагревании до температуры 768 °С.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо. Аустенит имеет кубическую гранецентрированную ре­шетку. Максимальная, растворимость состав­ляет 2,14 % (при 1147 °С), минимальная – 0,8 % (при 727 °С). Аустенит немагнитен, обладает большой пластичностью при высоких температурах, твердостью HB 2000 МПа и малой склонностью к хрупкому разрушению, что используют в практике при горячей обработке стали (ковке, штамповке, прокатке и т. д.).

Перлит – эвтектоидная смесь, состоящая из двух фаз – феррита и цементита. Со­держание углерода в перлите для всех железоуглеродистых сплавов всегда постоянно и равно 0,8 %. Твердость пластинчатого перлита НВ состав­ляет 2000… 2500, а зернистого 1600… 2200 МПа.

Ледебурит – эвтектическая смесь, которая образуется из жид­кой фазы (из расплава) концентрацией углерода 4,3% при тем­пературе 1147 °С. В диапазоне температур 1147…727 °С ледебурит состоит из двух фаз – аустенита и цементита; при температурах ни­же 727 °С ледебурит также представляет механическую смесь, но сос­тоящую уже из перлита и цементита. Содержание углерода в ле­дебурите всегда постоянно и составляет 4,3 %. Твердость ледебурита HВ достигает 7000 МПа.

1.3 Кривая охлаждения в интервале температур от 1600 до 600ºС и её описание (с применением правила фаз) для сплава с содержанием углерода 0,4% .

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

На рис.2б. 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 4-4̍ 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 .