21

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения».

Отчеты по лабораторным работам

по дисциплине

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил: ст. гр. БМТ 1-11-03 А.Е. Морозов

Проверил: доцент каф. ТНА, к.т.н. С.Е.Черепашкин

Уфа 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1

2. Лабораторная работа № 2

3. Лабораторная работа № 3

4. Лабораторная работа № 4 диаграмма состояния сплавов «железо-углерод» цель работы

Изучить фазовые и структурные превращения железоуглеродистых сплавов и научиться строить для них кривые охлаждения.

1. Теоретическая часть

Углеродистые стали и чугуны являются конструкционными материалами, применяемыми в промышленности. Фазовые превращения, которые происходи i в них при нагреве и охлаждении, необходимо знать при выборе режимом термической обработки, сварке, горячей обработке металлов давлением (прокатке, ковке, штамповке).

Изменение фазового состава сплавов в зависимости от температуры и соотношения компонентов показывает диаграмма состояния.

Сплавы системы Fe-C образуют два компонента - железо и углерод.

Железо — металл серебристо-белого цвета, имеет атомный вес 55,85; атомный радиус 1,27 А⁰; температура плавления 1539 °С (точка А), плотность 7,86 г/см . Железо обладает высокой прочностью и твердостью, высокой пластичностью. Оно имеет три полиморфные модификации: Fеα, Feγ и Feδ- До 911 °С железо имеет кубическую объемно-центрированную решетку (ОЦК - Feα), от 911 до 1392 С - кубическую гранецентрированную решетку (ГЦК - Feγ), от 1392 до 1539 °С - кубическую объемно-центрированную решетку (ОЦК - Feδ).

Углерод - неметаллический элемент, атомный радиус 0.77 А⁰; атомный вес - 12,01; температура плавления 3500 °С; плотность - 2,5 г/см³. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может находиться в виде модификаций алмаза и фуллерена. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состоянии, с железом может образовывать химическое соединение - карбид железа Fe₃C (цементит).

1.1. Фазы на диаграмме Fe-c

На диаграмме Fe-C могут быть четыре фазы: жидкая (Ж), феррит (Ф), аустенит (А), цементит (Ц).

Жидкая фаза - существует выше линии ликвидус. Железо хорошо растворяет углерод, образуя однородную жидкую фазу.

Феррит - твердый раствор внедрения углерода в Fеα. Атом углерода располагается в центре грани куба. Растворимость его переменная от температуры. Максимальная растворимость достигает 0,02 % при 727 °С. При комнатной температуре максимально растворяется до 0,006 %. Феррит - техническое железо; он ферромагнитен до 768 °С (точка Кюри), а выше - парамагнитен.

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в Feγ. Атом углерода располагается в центре элементарной ячейки. Растворимость его переменная от температуры. Предельная растворимость углерода в Feα 2,14 % при 1147 'С и 0,8 % при 727 °С. Аустенит парамагнитен, вязок, пластичен.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом Fe₃C, В цементите содержится 6,67 % С. Он имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой находится 12 атомов железа и 4 атома углерода, Температура плавления цементита точно не определена и принимается равной 1600 ^OС (точка Д). Цементит обладает очень высокой твердостью - порядка 800 НВ, хрупкий. Магнитные свойства теряет при 217 ^OС. По моменту образования в сплаве при охлаждении цементит условно подразделяется на первичный (Ц_I) - кристаллизуется из жидкой формы, вторичный (Ц_II) - образуется за счет изменения растворимости углерода в ayстените, третичный (Ц_III) - образуется за счет изменения растворимости углерода в феррите.

В работе рассматривается упрощенная диаграмма Fe-C без высокотемпературного участка перитектического превращения (рисунок).

Линии на диаграмме Fe-C

ACD - ликвидус; AECF - солидус; SE - линия предельной растворимости углерода в аустените; PQ - линия предельной растворимости углерода в феррите; GS - линия начала вторичной перекристаллизации (при охлаждении) аустенита в феррит; PG - линия конца вторичной перекристаллизации; S - эвтектоидная точка; С - эвтектическая точка; PSK линия эвтектоидного превращения; ECF - линия эвтектического превращения.

Сплавы на диаграмме Fe-C

В зависимости от содержания углерода сплавы называются:

до 0,02 % С - техническое железо;

до 2,14 % С - углеродные стали;

от 0,02 до 0,8 % С - доэвтектоидные стали;

0,8 % С - эвтектоидная сталь;

свыше 0,8 до 2,14 % С - заэвтектоидные стали;

свыше 2,14 до 6,67 % С - углеродные чугуны;

от 2,14 до 4,3 % С - доэвтектические чугуны;

4,3 % С - эвтектический чугун;

свыше 4,3 до 6,67 % С - заэвтектический чугун;

6,6%С-цементит.