3.3. Порядок выполнения работы

1. Вычертить предложенную преподавателем диаграмму состояния, оставив рядом место для построения кривых охлаждения. Расписать области диаграммы, т.е. в каждой области диаграммы состояния указать структуры, образующие в сплавах этой системы.

2. Определить тип представленной диаграммы?

3. Определить образующиеся структуры и значения линий диаграммы состояния (ликвидус, солидус, линии полимофных превращений, предельной растворимости избыточных фаз, эвтектического превращения).

4. Для заданного сплава построить кривую охлаждения и объяснить происходящие в ней структурные изменения. Для указанного сплава при данной температуре определить фазы, их химический состав и весовое количество.

5. Сравнить механические и технологические свойства сплавов с различной структурой.

6. Прочитайте внимательно основные сведения о диаграммах состояния сплавов.

7. Индивидуальный вопрос.

8. Составить отчет.

3.4. Содержание отчета

7. Название, цель работы, задание.

8. Диаграмма состояния.

9. Кривые охлаждения.

10. Ответы на вопросы, поставленные в задании.

11. Ответ на индивидуальный вопрос.

12. Литература.

3.5. Контрольные вопросы

1. Твердые растворы замещения, внедрения, упорядоченные.

2. Химические соединения и промежуточные фазы.

3. Линии и структуры в диаграмме состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов.

4. Диаграмма состояния сплавов, кристаллизующихся с образованием механической смеси из чистых компонентов.

5. Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью компонентов и с эвтектикой.

6. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением.

7. Что такое эвтектическое превращение?

8. Правило отрезков.

9. Как определить химический состав (концентрацию) фаз, находя­щихся в равновесии в двухфазной области?

Варианты заданий

Вариант 1		Вариант 8
Вариант 2		Вариант 9
Вариант 3		Вариант 10
Вариант 4		Вариант 11
Вариант 5		Вариант 12
Вариант 6		Вариант 13
Вариант 7		Вариант 14
Вариант 15		Вариант 21
Вариант 16		Вариант 22
Вариант 17		Вариант 23
Вариант 18		Вариант 24
Вариант 19		Вариант 25
Вариант 20		Вариант 26
Вариант 21		Вариант 27

Литература

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.,1977.

2. Лахтин Ю.И. Металловедение и термическая обработка металлов. М.,1976.

2. Основы материаловедения под ред.И.Й. Сидорина. М.,1976.

3. Мозберг Р.К. Материаловедение. Таллин. 1976.

Лабораторная работа № 4

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД

4.1. Цель работы:

− изучить диаграмму состояния железо-углерод;

− изучить микроструктуры углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии. Установить зависимость между структурами и механическими свойствами углеродистых сталей.

− изучить микроструктуры белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов.

− установить зависимость между составом, условиями получения, структурами и механическими свойствами чугунов.

4.2 Теоретическое обоснование

Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Железо − металл сероватого цвета, плотность 7,86 г/см³. Температура плавления − 1539 °С. Чистое лабораторное железо содержит не более 10^-4 % примесей, технически чистое железо − 0,15 % примесей.

Полиморфизм − свойство вещества или материла изменять свою кристаллическую решетку при изменении температуры.

Железо имеет три полиморфные модификации α, γ и δ.

Модификация α существует при температурах ниже 911 °С. Кристаллическая решетка Fe_α – объемно-центрированный куб (ОЦК) с периодом решетки 0,28606 нм. Плотность Fe_α 7,68 мг/м³.

Вторая модификация Fe_γ существует при температуре 911-1392 °С. Кристаллическая решетка − гранецентрированная кубическая (ГЦК) с периодом 0,3645 нм.

В интервале 1392-1539 °С существует третья модификация − Fe_δ с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК) с периодом решетки 0,293 нм.

Кристаллические формы Fe_α и Fe_γ существуют при нормальном атмосферном давлении. Появление третьей Fe_δ возможно лишь при действии значительных давлений и повышенных температур.

Углерод − неметаллический элемент II периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 мг/м³ , температура плавления 3500 °С, атомный радиус 0,077 нм. Углерод, как и железо, обладает полиморфизмом. В обычных условиях он находится в виде модификации графита с гексагональной слоистой решеткой. Модификацию углерода в виде алмаза при обычных температурах и давлениях получить невозможно.

В системе железо-углерод различают следующие фазы:

− жидкий расплав;

− твердые растворы: α-феррит, β-феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит (Ф) − твердый раствор углерода и других примесей в ОЦК-решетке железа. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,031 нм, а также в дефектах кристаллической решетки. Предельная растворимость углерода в Fe_α − 0,02 % при температуре 727 ^оС и менее 0,01 % при комнатной температуре, растворимость Fe_δ − 0,1 %. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических (многогранных) зерен. Твердость и прочность феррита невысоки (σ_в=250 МПа, НВ 800 МПа).

Аустенит (А) − твердый раствор углерода и других примесей в Fe_γ. Атом углерода располагается в центре куба, где может размещаться сфера радиусом 0,051 нм, и в дефектных областях кристалла. Предельная растворимость углерода в Fe_γ составляет 2,14 % при температуре 1147 ^оС и 0,8 % при 727 ^оС.

Цементит (Ц) − химическое соединение железа с углеродом − карбид железа Fe₃C, содержащий 6,67 % С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена (≈ 1260 °С). Цементит имеет высокую твердость (НВ 8000 МПа) и очень малую пластичность (δ ≈ 0 %).

Графит (Г) имеет гексагональную слоистую кристаллическую решетку.

Межатомные расстояния в слоях небольшие (0,142 нм), расстояние между плоскостями − 0,340 нм. Графит мягок, обладает низкой прочностью.