- •Введение
- •Раздел 1. Строение металлов
- •1.1. Атомно-кристаллическое строение
- •1.2. Дефекты строения кристаллических тел
- •1.3. Кристаллизация металлов
- •1.4. Формирование структуры деформированных металлов
- •Раздел 2. Строение сплавов
- •2.1. Фазы и структура металлических сплавов
- •2.2. Диаграммы состояния (фазового равновесия сплавов)
- •2.3. Диаграмма состояния системы железо – углерод
- •Раздел 3. Строение полимеров
- •3.1. Молекулярная структура полимеров
- •Раздел 4. Методические указания к решению задач
- •4.1. Общий алгоритм решения задач
- •Варианты контрольной работы Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Вариант 16
- •Вариант 17
- •Вариант 18
- •Вариант 19
- •Вариант 20
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Раздел 1. Строение металлов……………………………………...4
- •1.1. Атомно-кристаллическое строение…………..............4
- •Раздел 2. Строение сплавов………………………………………27
- •Раздел 3. Строение полимеров…………………………………...44
- •Раздел 4. Методические указания к решению задач……………46
2.3. Диаграмма состояния системы железо – углерод
В системе железо - углерод возможно присутствие следующих фаз: жидкой фазы, твердых растворов на базе α – Fе (феррита) и на базе γ – Fе (аустенита), химического соединения Fе3С (цементита) и графита.
Феррит (Ф), являющийся твердым раствором внедрения углерода в α – железе, обозначается Feα. При 727°С наблюдается максимальная растворимость углерода в феррите, составляющая 0,02 %; при 20°С в феррите растворяется около 0,006% С. Свойства феррита близки к свойствам чистого железа.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, обозначается Fеγ. При 1147°С аустенит может cодержать до 2,14% С, при 727°С - 0,8% С.
Цементит (Ц) - карбид железа Fе3С, в котором содержится 6,67% С. Температура плавления цементита 1252 °С. Обладает высокой твердостью (около 800 НВ), легко царапает стекло. Цементит очень хрупок, имеет почти нулевую пластичность, сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. При нагреве цементит распадается.
Диаграмма состояния железо - цементит приведена в приложении на рис. 5.5. Линия АВСD - линия ликвидус, линия АНJЕСF - солидус. Точка А соответствует температуре плавления железа (1536°С), точка В - температуре плавления цементита (1252°С). Точки N и G соответствуют температурам полиморфного превращения железа.
В системе Fе - Fе3С на разных ярусах происходят эвтектическое и эвтектоидное превращения. По линии ЕСF при 1147°С происходит эвтектическое превращение: Жс → Ав + ЦF. Образующаяся звтектика называется ледебуритом. Ледебурит (Л) - механическая смесь аустенита и цементита, содержащая 4,3 % углерода.
По линии РSК при 727°С происходит эвтектоидное прев-ращение: Аs → Фp + Цk, в результате которого из аустенита, со-держащего 0,8 % С, образуется механическая смесь феррита и цементита. Эвтектоидное превращение происходит аналогично кристаллизации звтектики, но не из жидкости, а из твердого раствора. Образующийся эвтектоид называется перлитом. Пер-лит (П) - механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8 % С. Перлит состоит из пластинок цементита в ферритной основе, на травленом шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название - перлит. Зерно перлита состоит из параллельных пластинок цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойства перлита. Аустенит, входящий в состав ледебурита, при 727° С также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже 727° С ледебурит состоит из механической смеси перлита и цементита.
На свойства сплавов оказывает большое влияние различие в размерах и расположении выделений цементита.
Первичный цементит (Ц1) выделяется при высоких температурах непосредственно из жидкой фазы. Его кристаллы - крупные, т. е. Ц1 дает наиболее грубые выделения. Цементит вторичный (Ц11) выделяется из аустенита при достаточно высоких температурах и высокой скорости диффузии. Поэтому Ц11 образуется в виде сетки по границам зерен. Цементит третичный (Ц 111) выделяется из феррита при сравнительно низких температурах. Ц111 выделяется обычно внутри зерен в виде дисперсных включений. Эти включения увеличивают прочность феррита.
Сплавы системы Fe – Fe3C по структурному признаку делят на две группы: углеродистые стали и белые чугуны.
Углеродистые стали содержат до 2,14% С и заканчивают кристаллизацию образованием аустенита. Белые чугуны содержат более 2,14% С и заканчивают кристаллизацию образованием эвтектики – ледебурита.
По структуре углеродистые стали бывают доэвтектоидные (Ф + П), эвтектоидные (П) и заэвтектоидные (П + Ц). Белые чугугуны также делятся на доэвтектические (А + Л), эвтектические (Л) и заэвтектические (Л + Ц).