Рекомендуемый библиографический список

1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение, - М.: Металлургия, 1989. - 456 с.; с.171-187.

2. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 496 с.,' с.359-370.

3. Металловедение и термическая обработка стали: В 3-х т. Т.1. Методы испытаний и исследований / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. - М.: Металлургия, 1983, - 352 с.; с. 198-

4. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева: Материаловедение, М. Машиностроение, 1999, 528с.

5. Г.П.Фетисов, М.Г.Карпман: Материаловедение и технология металлов, М. Высшая школа 2002, 637с.

Лабораторная работа № 6

Анализ диаграммы железо - цементит

Цель работы

Изучить линии, точки и области диаграммы железо-цементит, ее фазы и структуры превышения в сплавах с различным содержанием углерода при нагревании и охлаждении, применение правил фаз и отрезков.

Основные теоретические сведения

Диаграмма железо-цементит (рис.1) служит основой для уяснения процессов, происходящих при нагревании и охлаждении железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов). В железоуглеродистых сплавах при нагревании или охлаждении получаются следующие структурные составляющие: феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. В таблице 1 приведена характеристика структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.

Рис. 1. Диаграмма состояния железо – цементит

Анализ диаграммы в настоящей работе проводится по упрощенной диаграмме без ее левого верхнего уголка. При анализе рассматриваются линии и точки диаграммы (табл. 2 и 3), применяются правила фаз и отрезков.

Характеристика структурных составляющих железоуглеродистых сплавов

(сталей и чугунов)

Таблица 1

Выше линии АС все сплавы находятся в жидком состоянии и число степеней свободы С = К – Ф + 1 = 2 – 1 + 1 = 2 (см. рис. 1). Это значит, что сплавы можно нагревать и охлаждать, менять их концентрацию и они остаются жидкими в состоянии равновесия. Между линиями АС и АЕС и линиями СД и CF сплавы двухфазны, состоят из твердой фазы и жидкости, и при этом число степеней свободы равно С = 2 - 2 + 1 = 1 (табл. 2). Из вышеуказанного следует, что система в данных областях располагает одной степенью свободы и для сохранения ее равновесия можно менять лишь один фактор равновесия - либо температуру, либо концентрацию. Две фазы и одна степень свободы имеются также во всех других областях диаграммы, кроме аустенитной, где между линиями АЕ и GSE система однофазна и располагает двумя степенями свободы С = 2 - 1 + 1 = 2. На горизонтальных линиях ECF и PSK система трехфазна и число степеней свободы С = 2 - 3 +1 = 0 (см. табл. 2). На линии ECF при охлаждении образуется ледебурит, на линии PSK - перлит. Нулевая степень свободы на этих линиях обуславливает строго постоянные температуры при образовании ледебурита (1147 °С) и перлита (727 °С). Из таблицы 3 видно, что две фазы и одну степень свободы имеют все кривые линии и точки A, Д, G, Q; три фазы и нулевую степень свободы - точки P, S, E, C; в точках К и F фазовых превращений нет.

Фазовые превращения на линиях по диаграмме железо-цементит

Таблица 2

Правилом отрезков или правилом рычага пользуются уже определения процентного и весового состава жидкой и твердой фаз или двух различных твердых фаз (количество
структурных составляющих и их концентраций).

Рис. 2. Часть диаграммы железо-цементит. Вторичная кристаллизация сталей.

Для этого, например, из точки в (Рис.2)проводят горизонталь до линии GP и GS.

Проекция точки a на ось концентраций показывает содержание углерода в феррите, а проекция точки с - содержание углерода в аустените при определенной температуре. Для определения количественного соотношения аустенита и феррита необходимо составить обратно пропорциональное отношение отрезков:

Q_ф/Q_ay = bc/ab, где:

Q_ф - количество феррита;

Q_ay - количество аустенита для температуры, соответствующей точке b.

Пусть в точке b масса всего сплава составляет 100 г, тогда Q_ф/(100-Q_ф) = bc/ab. Подставляя значения отрезков в сплав, взятые из диаграммы состояния, можно определить количество феррита, а затем и количество аустенита.

Рис. 3. Диаграмма железо-цементит. Вторичные превращения в высокоуглеродистых сплавах (чугунах).

По диаграмме железо-цементит можно построить кривые охлаждения. Для этого точки пересечения вертикали с линиями диаграммы (рис. 2 и 3), обозначающий сплав определенной концентрации, переносят на систему координат температура-время и строят кривую нагревания или охлаждения этого сплава. Точки пересечения с кривыми линиями диаграммы соответствуют перегибам на кривых охлаждения и нагревания, а точки пересечения с горизонтальными линиями соответствуют площадкам на тех же кривых.

Фазовые превращения в точках по диаграмме железо-цементит

Таблица 3

При высоких температурах цементит разлагается на аустенит и графит.