МатВед 1 вопрос

ЧАСТЬ 1

Вычертите диаграмму состояний сплавов железо-цементит укажите фазы во всех температурно-концентрационных областях, а также структуры сталей и белых чугунов. Эта часть задания выполняется всеми студентами. Кроме того, выбрав в соответствии с шифром вариант задания по табл. 1 , следует выполнить следующее:

а) построить для названных сталей и чугунов кривые охлаждения и описать превращения, совершающиеся в них при медленном охлаждении из расплавленного состояния до комнатной температуры, указать окончательную структуру;

б) выбрать температуру в двухфазной области для заданного сплава и определить содержание углерода в фазах и также их количество;

в) дать определение структурным составляющим, встречающимся в сплавах.

Дано: марка Сталь 50, область чугунов (содержание углерода 4,6%).

а) На диаграмму наносим вертикаль, соответствующую содержанию углерода в Сталь 50 - 0,5 % С. Затем цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6 обозначаются температуры:

1 -начала охлаждения.

2 - начала кристаллизации.

3 - завершения кристаллизации аустенита.

4 - начала кристаллизации феррита из аустенита.

5 - эвтектоидного превращения , в результате которого из аустенита содержащего % С, образуется механическая смесь феррита

(содер. С=(.)Р) и цементита (содер. С=(.)К) = перлит.

6 - комнатная температура.

Кривая охлаждения строится с применением правила фаз Гиббса.

По правилу фаз:

С=К-Ф+1 , где С число факторов которые можно изменять, без изменения числа фаз в системе;

К - число компонентов;

Ф - число фаз.

Начало отсчета времени начинается от температуры в точке 1. До температуры в точке 2 проходит охлаждение жидкости. При температуре в точке 2 из жидкости начинает выделяться вторая фаза - аустенит.

Что бы определить ход кривой охлаждения в интервале 2-3 применяем правило фаз.

=2-2+1=1

следовательно температура может снижаться и при этом до точки 3 будут оставаться две фазы. Но скорость охлаждения будет замедляться, из-за выделения скрытой теплоты кристаллизации при появлении второй фазы.

Между точками 2 и 3 происходит кристаллизация аустенита.

По достижении сплавом температуры в точке 3, в соответствии с диаграммой

Fe-Fe₃C сплав достигает однофазной области, где правило фаз обычно не используют (при построении кривых охлаждения).

При этом происходит охлаждение аустенита.

По достижении температуры, обозначенной точкой 4, из аустенита начинает

выделяться феррит, и для построения кривой охлаждения снова

воспользуемся правилом фаз:

С₄=2-2+1=1

Следовательно, процесс кристаллизации вторичного феррита может осуществляться вплоть до точки 5.Охлаждение замедлится в связи с выделением скрытой теплоты кристаллизации.

По достижении сплавом температуры, соответствующей точке 5, состав аустенита будет соответствовать точке S, т.е. эвектоидному составу. Произойдет эвектоидное превращение с образованием перлита.

Аs→П(Ф_Р+Ц_К)

где A_s - аустенит с содержанием углерода 0,8 %;

П - перлит (эвтектоид);

Фр - феррит с содержанием углерода, соответствующим точке Р диаграммы Fe- Fe₃С;

Ц - цементит (Fe₃С) с содержанием углерода соответствующем точке К диаграммы Fe- Fe₃С.

Для того чтобы определить, пойдет ли эта реакция при постоянной

температуре или в интервале температур, воспользуемся правилом фаз.

С₅ = 2 - 3+1 = 0

(во время реакции одновременно сосуществуют 3 фазы: аустенит состава

точки S и образующиеся из него две фазы - феррит состава точки Р и

цементит).

Результат свидетельствует о том, что процесс вплоть до завершения

превращения аустенита в эветектоид будет происходить без изменения

температуры, что и должно быть выражено горизонтальным отрезком на

кривой охлаждения 5-5'.

В точке 5' аустенита больше нет, и поэтому сплав будет находиться в

двухфазной области.

Тогда С_5’ = 2-2+1=1.

Значит, идет процесс охлаждения образовавшейся структуры и ни о какой

скрытой теплоте кристаллизации речи быть не может. Окончательная структура будет состоять из феррита и перлита.

Кривая охлаждения.

б) Для определения содержания углерода в фазах, выбираем в двух фазной области точку - а. Проведем через точку а горизонтальную линию до

встречи с основными линиями диаграммы и обозначим их точками b и с. По правилу отрезков содержание углерода в аустените определится положением точки b, а в жидкости - точки с. Количество фазы определятся по отношению противоположного к ней отрезка ко всему отрезку .

Аустенит в точке b - 0,4%;

Жидкость в точке с - 0,8%.

в) В стали 50 - встречаются следующие структурные составлявшие:

А -Аустенит. Твердый раствор углерода в гамма-железе. Максимальное

содержание углерода при температуре 1147°С - 2,14 %; при температуре

727°С – 0,8 %;

П - Перлит. Эвтектоидная смесь феррита и цементита. Образуется при

температуре 727°С по реакции As = П(Ф_Р+Ц);

Ф -Феррит. Твердый раствор углерода в Fe . Максимальное

содержание углерода при температуре 727 °С – 0,02 %.

а2) Кривая охлаждения для чугуна с содержанием углерода 4,6%.

На диаграмму Fe- Fe₃С наносим вертикаль, соответствующую содержанию углерода. Обозначаем на ней характерные точки:

1 - температура начала охлаждения;

2 - температура начала кристаллизации Ц₁;

3 - температура эвектического превращения Ж_С→Л₁(А_Е+Ц_Е) в результате которого образуется ледобурит - эвектическая смесь аустенита и цементита.

4 - температура эвектического превращения Аs→П(Ф_Р+Ц_К) в результате которого образуется перлит - эвектическая смесь феррита и цементита.

5 - комнатная температура.

Кривая охлаждения.

б2) Содержание углерода в каждой из фаз

Аустенит в точке b - 1,8%;

Цементит в точке с - 6,67%.

в2) Структурные состовляющие:

Ц₁ - цементит первичный. Химическое соединение Fe C 3 . Содержание

углерода 6,67 %. Выделяется из жидкости в виде крупных пластин.

Л₁ - ледебурит первый – эвтектическая смесь аустенита и цементита.

Образуется при температуре 1147 °С по реакции Ж_С→Л₁(А_Е+Ц_Е).

Л₂ - ледебурит второй. Механическая смесь перлита и цементита.

Образуется при температуре 727 °С из ледебурита первого в

результате эвтектоидного превращения Аs→П(Ф_Р+Ц_К).