Реферат Курсовая Конспект
Д ИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ Д ИАГРАММА) - Конспект, раздел Охрана труда, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В СХЕМАХ-КОНСПЕКТАХ Компоненты Диаграммы I &...
|
КОМПОНЕНТЫ ДИАГРАММЫ
I
Железо - переходный металл серого цвета, находится в VIII группе периодической системы, атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 0,127 нм. Температура плавления 1539°С.
Имеет две полиморфные
модификации:
Fea (Fe8) - решетка ОЦК;
Полиморфные превращения
проходят при температурах.
9119С - Fea++Fer
1392°С - Fer о Fe3
При 768°С - точка Кюри (магнитное превращение) - переход из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Это превращение не связано с изменением типа кристаллической решетки и имеет электронную природу. Чистое железо (99,9917 % Fe) имеет твердость НВ 490 Мпа, плотность 7,874 г/м3, оно пластично (5-40 - 45 %). Техническое железо содержит 99,9 % Fe.
Углерод – неметаллический элемент, 2 период, IV группа периодической системы, атомный номер 6, атомная масса 12, плотность 2,5 г/см3, атомный радиус 0,077 нм, температура плавления 35000С.
Обладает полиморфизмом, в обычных условиях может существовать в виде графита и алмаза. Графит является устойчивой аллотропической формой в обычных условиях.
Углерод в виде графита имеет слоистую кристаллическую решетку.
Между атомами углерода каждого слоя действуют ковалентные связи, т.к. межатомные расстояния очень малы.
Слои находятся на больших расстояниях друг от друга.
ФАЗЫ СИСТЕМЫ
Углерод взаимодействует с железом, образуя фазы системы.
Углерод неограниченно
растворим в жидком железе, образуя жидкую фазу – неограниченный жидкий рас-тв о р с (Fe).
Химическое соединение – цементит – Fe3C образуется при содержании углерода 6,67 %, имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов.
Имеет очень высокую тв ер-
дость, хрупок. Условная
температура плавления
15000С.
Цементит (Ц) - Fe3C может диссоциировать на железо и графит: Fe3C → 3Fe + С(Г)
Углерод растворим в твердом железе Fea и FeT, образуя ограниченные твердые растворы с (Fe). Феррит - (а) - твердый раствор внедрения углерода в железе а. Максимальная растворимость - о,02 % при 727 С, минимальная - 0,006 % при
Аус тенит немагнитен, пластичен. |
Низкотемпературный феррит (а), высокотемпературный (5). Имеет ОЦК решетку, мягок, пластичен. Аустенит - (у) - твердый раствор внедрения углерода в железе у. Максимальная растворимость - 2,14 % при 1147°С, минимальная - 0,8 % при 727°С. Имеет решетку ГЦК.
Диаграмма состояния железо-углерод может характеризовать как метастабильное равновесие системы (Fe- Fe3C), так и стабильное – Fe-графит).
ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ТОЧЕК И ЛИНИЙ НА ДИАГРАММЕ Fе- Fе3C
ABCD - линия ликвидус (начало кристаллизации);
АВ - выделение L^5, ВС - выделение L^y, СD - выделение L^ Fe3Ci -
цементита первичного;
AHJEF - линия солидус - (конец кристаллизации);
НJB - линия перитектического превращения - 1500 С
ЕСF - линия эвтектического превращения - 1147°С
Lc ^уе + ¥&3С;
Lc - ледебурит;
с - эвтектическая точка 4,3 %С.
Ледебурит - эвтектическая смесь аустенита и цементита. РSK - линия эвтектоидного превращения - 727 С
ys -> ар + Fe3C;
Ys- перлит;
S - эвтектоидная точка 0,8 %С; Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита.
ЕS - линия изменения растворимости углерода в у железе и выделения цементита вторичного БезСц.
Максимальная растворимость - 2,14 % при 1147°. Минимальная растворимость - 0,8 % при 727°.
РQ - линия изменения растворимости углерода в а железе и выделения цементита третичного РезСШ Максимальная растворимость - 0,02 % при 727°. Минимальная растворимость - 0,008 % при комнатной температуре. GQ - линия начала полиморфного превращения FeY^Fea (при охлаждении); GP - линия конца полиморфного превращения FeY^Fea.
Температуры, с о о тв етс тв ующие определенным линиям диаграммы состояния Fe-Fe3C, называют критичес кими то ч к ам и. Эти то ч к и имеют международное обозначение – Аr (при охлаждении) и Ас (при нагреве) от начальных букв французских слов А – arrêt (остановка, площадка), r – refroidissеment (охлаждение), с – chauffage (нагрев).
Критические точки сплавов железо-углерод соответствуют линиям диаграммы Fe-Fe3C
А1(Аr1 Ac1) - линия PSK (727°С) - перлитное превращение;
А2(Аг2, Ас2) - линия МО (728°С) - магнитное превращение, точка Кюри;
А3(Аг3, Ас3) - линия GS', полиморфное сс-уу превращение;
А4(Аг4, Ас4) - линия NH, полиморфное у^5 превращение;
Ап(Агт, Аст) - линия SE, выделение цементита вторичного.
Для чистого железа к ритичес к ие то ч к и : А2 – 7280С, А3 – 9110С, А4 – 13920С
Кривая охлаж ден ия чистого железа
I
С увеличением содержания углерода в сплавах железо-углерод температура критичес кой то ч к и А3 с нижается, а А4 повышается. Значение то ч е к А1 и А2 не меняется.
В зависимости от содержания углерода железоуглеродистые сплавы подразделяются на тр и группы - техническое железо, стали и чугуны.
Техническое железо - ≤0,02 % углерода, структура – феррит или феррит и Fe3CIII (третичный цементит).
Стали - сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 2,14 %. Структура сталей формируется с прохождением эвтектоидного превращения:
ys -> ар+ Fe3C (перлит). По содержанию углерода стали подразделяются на:
-доэвтектоидные 0,02 - 0,8 %С.
Структура феррит + перлит;
-эвтектоидная - 0,8 % С,
структура - перлит (П);
-заэвтектоидные - 0,8 - 2,14
%С.
Структура - перлит + цементит вторичный (Fe3Cn).
Сувеличением углерода в сталях количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается, что приводит к повышению твердости, прочности и снижению пластичности стали.
Белые чугуны – сплавы с содержанием углерода больше 2,14 % С. Формирование структуры происходит при эвтектическом и эвтек-тоидном превращении, с образованием структурных составляющих ледебурита и перлита. По содержанию углерода белые чу-гуны подразделяются на:
- доэвтектические – 2,14 – 4,3 %С. Структура - перлит + ледебурит;
- эвтектический – 4,3 % С. Структура 100 % ледебурита;
- заэвтектические – 4,3 – 6,67 %С. Структура – ледебурит + цементит первичный (Fe3CI). Ледебурит и цементит – хрупкие структурные составляющие, определяющие хрупкость белых чугу-нов.
Чугуны обладают хорошими литейными свойствами, имеют меньшую усадку, что объясняется при-сутс тв ие м легкоплавкой эвтектики – ледебурита.
Цементит вторичный Fe3CII и цементит третичный Fe3CIII выделяются за счет уменьшения растворимости углерода в аустените и феррите при охлаждении.
МИКРОСТРУКТУРА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Fe – Fe-Fe3C
Техническое железо Fe3CIII
фазы (α, Fe3C)
Доэвтектоидная сталь
.феррит (а) + перлит
фазы (α, Fe3C)
Эвтектоидная сталь
перлит (α+ Fe3C)
фазы (α, Fe3C)
Белые чугуны – весь углерод находится в связанном состоянии в виде Fe3C.
Доэвтектический
пер лит +
ледебурит
фазы (α, Fe3C)
Эвтектический
ледебурит фазы (α, Fe3C)
Заэвтектический
Заэвтектоидная сталь
перлит Fe3CII
фазы (α, Fe3C)
Ледебурит + Fe3C фазы (α, Fe3C)
I |
I
Фазовый состав всех сплавов при температурах ниже 7270С одинаков у всех сталей и чугунов - α и Fe3C; c увеличением количества углерода α фазы становится меньше, а количество цементита возрастает.
Сталь является многокомпонентным сплавом, со-> держащим кроме углерода ряд постоянных и технологических примесей, влияющих на ее свойства.
_________________ I________
Влияние углерода - с увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита РезС, что приводит к возрастанию твердости, прочности, но потере пластичности.
Твердые хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дис локаций, т.е. повышают сопротивление пла-
стическому деформированию. Увеличение количества углерода повышает порог хладноломкости, снижает теплопроводность, растет электрическое сопротивление и коэрцитивная сила.
_________________ *_____________________
Влияние примесей - примеси попадают в сталь при выплавке при раскислении или из шихты. Постоянные примеси: Мп до 0,8 %, Si до 0,3 % - полезные примеси, попадают в сталь при раскислении. Они растворяются в феррите, упрочняя его, однако Si снижает пластичность и способность стали к вытяжке. Марганец резко уменьшает красноломкость стали, вызванную влиянием серы.
S <0,04 %, Р>0,03 % - вредные примеси, попадают в сталь из шихты.
Сера является причиной красноломкости - межзеренного разрушения при горячей пластической деформации, включения серы (сульфиды) снижают вязкость и пластичность, а также <5.1. Фосфор вызывает хладноломкость, т.к. повышает температурный порог хладноломкости и образует сегрегации по границам зерна.
Газовые примеси - Н2, N2, 02, в количестве < 0,008 % - образуют неметаллические включения - оксиды FeO, Fe203, Si02, нитриды, газовые пузыри, что ухудшает свойства стали. Водород сильно охрупчивает сталь.
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ
1. Какие фазы образуются в метастабильной системе железо-углерод? Дать их характеристику.
2. Напишите эвтектическую и эвтектоидную реакции системы Fe-Fe3C. Какие структурные составляющие при этом образуются? (Система метастабильная).
3. Что так о е критическая то ч к а стали? Какие критичес кие то ч к и при охлаждении вы знаете?
4. Что так ое сталь? Как подразделяются стали в зависимости от содержания углерода?
5. Структура стали, содержащей 0,45 % С при Т0ком; при 9000С?
6. Что та к о е эвтектоидная сталь, какова ее структура?
7. Какие стали являются заэвтектоидными, какова структура этой стали?
8. Что так ое белый чугун и как подразделяются чугуны по содержанию углерода?
9. Структура белых чугунов: 3 %С, 3,8 %С, 4,3 %С, 5 %С?
10. Как меняется структурный и фазовый состав сплавов в зависимости от содержания углерода. Как это влияет на свойства?
11. Что та к о е цементит первичный, вторичный?
12. Какие примеси могут присутствовать в составе стали и как они влияют на свойства?
Задача № 1
Постройте кривую охлаждения для стали с 4 %С и объясните процессы образования структуры в этой стали.
Задача № 2
Какую структуру будет иметь сталь с содержанием углерода 1,2 % при температуре 7500С? Что изменится в структуре этой стали, если ее нагреть еще выше – до температуры 9500С?
Задача № 3
Что происходит в структуре стали с 3,6 %С при охлаждении в его интервале температур между линиями ECF и PSK диаграммы?
Задача № 4
Какие фазы и структурные составляющие можно получить в сплаве с 0,01 % при его охлаждении от 15500С до комнатной температуры? Какие фазовые превращения при этом проходят в сплаве?
Задача № 5
Определить состав эвтектоида в сплаве с 0,7 %С, если сплав был переохлажден до 7000С.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В СХЕМАХ КОНСПЕКТАХ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ МОСКВА УДК М... ВВЕДЕНИЕ... КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Д ИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ Д ИАГРАММА)
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов