- •Курс “ технология конструкционных материалов и материаловедение”
- •§ 2. История развития науки.
- •§ 3. Классификация металлических и
- •§ 4. Методы исследования металлов и сплавов.
- •§ 5. Типы связей в металлических телах.
- •§ 6. Атомно-кристаллическое строение металлов.
- •§ 7. Анизотропия свойств металлов.
- •§ 8. Особенности кристаллического строения реальных кристаллов.
- •§ 8. Диффузия.
- •§ 9. Кристаллизация металлов.
- •§ 10 Механизм процесса кристаллизации.
- •§ 11. Число центров кристаллизации и скорость
- •§ 12. Несамопроизвольная кристаллизация.
- •§ 13. Строение металлического слитка.
- •§ 14. Аллотропия.
- •§ 15. Полиморфные превращения.
- •Глава II
- •§ 1. Сплав, система, компонент, фаза.
- •§ 2. Фазы в металлических сплавах.
- •§ 3. Механические смеси.
- •§ 4. Правило фаз.
- •§ 5. Диаграммы состояния двойных сплавов.
- •§ 6. Методика построения диаграмм состояния.
- •§ 7. Правило отрезков.
- •§8. Диаграмма состояния второго типа
- •§ 9. Диаграмма состояния III типа (для случая ограниченной растворимости компонентов в твёрдом состоянии)
- •§10. Диаграмма состояния VI типа для сплавов,
- •§11. Диаграмма состояния V типа для сплавов, компоненты
- •§12. Связь между диаграммами состояния,
- •§13. Понятие о диаграммах состояния
- •Глава III Железо и его сплавы
- •§ 1. Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
- •§ 2. Диаграмма состояния железо-цементит
- •§ 3. Первичная кристаллизация сплавов.
- •§ 4 . Вторичная кристаллизация железоуглеродистых сплавов.
- •§ 5. Диаграмма состояния железо-графит
- •§ 6. Классификация чугунов.
- •§ 7 . Классификация углеродистых сталей
§ 2. Диаграмма состояния железо-цементит
(метастабильное равновесие)
Диаграмма показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита 6,67% С.
Система Fe-Fe3Cметастабильная. Образование цементита вместо графита дает меньший выигрыш свободной энергии, но кинетическое образование карбида железа более вероятно.
Система Fe-С стабильная. Она характерна для сплавов, в которых углерод находится в свободном состоянии в виде графита.
0,8 2,14 4,3 6,67
Рис. Диаграмма состояния Fe-Fe3C.
Линии и точки диаграммы.
Линия АВСД – линия ликвидус.
На линии АВ из жидкости выпадают кристаллы -феррита. На линии ВС из жидкости выпадают кристаллы аустенита , а на линии СД – первичного цементита.
Линия АНJECF– линия солидус.
На линии АН заканчивается кристаллизация -феррита и ниже её сплавы находятся в твёрдом состоянии со структурой-феррита. ЛинияHJB– линия перитектического превращения при температуре 1499ºС.
Линия ECF– линия эвтектического превращения.
Линия NH– верхняя граница существования двух фаз:-феррита и аустенита, а линияNJ– нижняя граница, соответствует температурам окончания превращения-феррита в аустенит.
Линия GS– верхняя граница существования-феррита и аустенита,GP– нижняя граница.
Линия SE– линия предельной растворимости углерода в-железе, начало выделения ЦII.
Линия PQ– линия предельной растворимости углерода в-железе, начало выделения ЦIII.
Линия PSK– линия эвтектоидного превращения аустенита.
Точки диаграммы.
Обозначение точки |
Температура ºС |
Концентрация %С |
A |
1539 |
0 |
B |
1499 |
0.51 |
H |
1499 |
0.1 |
N |
1499 |
0.16 |
J |
1392 |
0 |
E |
1147 |
2.14 |
C |
1147 |
4.3 |
F |
1147 |
6.67 |
D |
1600 |
6.67 |
G |
911 |
0 |
P |
727 |
0.02 |
S |
727 |
0.8 |
K |
727 |
6.67 |
Q |
20 |
0.006 |
§ 3. Первичная кристаллизация сплавов.
Сплавы железа с углеродом, в которых углерода содержится от 0,02% до 2,14%, называются сталями.
Сплавы железа с углеродом, в которых углерода содержится от 2,14% до 6,67%, называются чугунами.
Первичная кристаллизация сталей
В сплавахлежащих левее точки Н(0,1%С)кристаллизация начинается на линии АВ выделением из жидкости кристаллов-феррита. Заканчивается кристаллизация на линии АН и ниже её сплавы находятся в однофазном состоянии в виде- феррита.
В сплавах, содержащих от 0,1 до 0,16%С (т. Н и J)по линии АВ начинает выделяться-феррит. При
температуре 1499º происходит перитектическая реакция (линия HJ):
образуется новый твёрдый раствор аустенит и остаётся избыточная фаза – -феррит.
В сплаве, содержащем 0,16% С (т. J)исходные кристаллы-феррита в результате взаимодействия с жидкой фазой при перитектической реакции полностью превращается в аустенит:
.
В сплавах содержащих от 0,16% С до 0,51% (т. J и В)при перитектической температуре в результате взаимодействия между-ферритом и жидкой фазой образуется аустенит, но жидкая фаза остаётся, хотя и в меньшем количестве:
.
В связи с этим при температурах ниже линии JВ сплав будет двухфазный: аустенит + жидкость. Процесс кристаллизации закончится при достижении температуры линии солидусJЕ. После затвердевания сплавы будут иметь однофазную структуру – аустенит.
Сплавы, содержащие от 0,51% С до 2,14% Скристаллизуются в интервале температур, ограниченном линиями ВС иJE. Ниже линии ВС сплав находится в двухфазном состоянии – аустенит + жидкость. Состав жидкости изменяется по линии ликвидус ВС, а состав аустенита – по линии солидусJE. После затвердевания сплавы будут иметь структуру – аустенит.
Первичная кристаллизация чугунов
Ж.с
Ж.с.+ ж.с
А + Ц1
Л → А + Ц1
Первичная кристаллизация чугунов характеризуется образованием эвтектики. В сплаве, содержащем 4,3% С, называемом эвтектическим, при температуре 1147˚ в точке С из жидкости происходит попеременное выделение кристаллов аустенита и цементита первичного. При этом образуется механическая смесь этих двух кристаллов, которая называется ледебуритом.Ледебурит имеет высокую твердость и низкую пластичность и под микроскопом выглядит в виде темных точек на светлом поле.
В чугунах, содержащих от 2,14%С до 4,3%С , называемых доэвтектическими, первичная кристаллизация начинается на линии ВС выделением из жидкости кристаллов аустенита. С понижением температуры состав жидкости изменяется по линии ликвидус ВС, а состав аустенита - по линии солидус - JE.При достижении температуры 1147˚ жидкость обогащается углеродом , приобретает эвтектический состав и затвердевает с образованием ледебурита. Таким образом, структура доэвтектических чугунов после первичной кристаллизации – аустенит и ледебурит.
В чугунах, содержащих от 4,3% до 6,67%С, называемых заэвтектическими, первичная кристаллизация начинается на линии СД выделением из жидкости кристаллов цементита первичного. При этом с понижением температуры состав жидкости меняется по линии ликвидус ДС и при достижении эвтектической температуры 1147˚ приобретает эвтектический состав. Происходит затвердевание эвтектики – ледебурит. Структура заэвтектических сплавов после первичной кристаллизации – ледебурит и первичный цементит.