Практические задания выполняются в соответствии с приведенными ниже указаниями по индивидуальным данным.

 

Практический вопрос №68 имеет десять вариантов./ таблица 1/.

Вариант выбирать по последней цифре зачетки.

В ответе на каж­дый из вариантов требуется:

-начертить диаграмму состояния же­лезо-углерод и построить кривую охлаждения сплава с заданным сочетанием углерода при его медленном охлаждении.

-описать превращения, происходящие в сплаве и скорости его охлаждения на каждом участке кривой; после чего дать определе­ние всем образующимся структурам.

При ответе на вопрос руководствуйтесь следующим планом:

1.Вычертить полностью диаграмму состояния железо-углерод, справа от нее систему

координат /температура-время/ для построения кривой охлаждения. По оси "время" цифры не ставятся, т.к эта кривая схематическая.

2.На горизонтальной оси содержания компонентов отмечаем заданную концентрацию углерода и через нее проводим вертикаль­ную линию, пересекающую все линии диаграммы. Точки пересечения отмечаем (например - точками). В каждой такой точке в структуре сплава по мере охлаждения происходит какое-либо превращение. Через каждую отмеченную точку ведем направо тонкую /или пунк­тирную/ горизонтальную линию. Пересечение этой линии с верти­кальной осью покажет температуру соответствующего превращения в сплаве. Поэтому на кривой охлаждения будет точка изменения наклона и горизонтальный участок.

З.Если линия заданного состава пересекает линию АСД диаграммы - ликвидус, где начинается процесс первичной кристаллизации, то охлаждение замедляется и линия на кривой охлаждения ниже данной температуры становится более пологой.

4.Если линия состава пересекает линию GSЕ /вторич­ная кристаллизация/,где происходит выделение избыточной твер­дой фазы, то охлаждение замедляется, и кривая охлаждения ниже данной температуры становится более пологой.

5.Если линия заданного состава пересекает линию ECP /эвтектического ледебуритного превращения/ при 1147°С или линию РSK /эвтектоидного перлитного превращения/ при 727°С, то на кривой охлаждения при данных температурах обя­зательно будет горизонтальный участок, т.к. превращения про­текают при постоянной температуре.

6.На участке АЕ линии солидус при аустенитном превра­щении сплава дальнейшей кристаллизации не происходит, и поэ­тому кривая охлаждения ниже этих температур становится более крутой, т.к. охлаждение ускоряется.

 

Предварительно необходимо изучить фазовые и структурные превращения в железо-углеродистых сплавах в процессах охлаждения и нагрева по диаграмме железо-цементит.

 

Краткая теория диаграммы железо-цементит

 

 

Структурные составляющие сплавов железа с углеродом

1. Феррит (Ф) – это твёрдый раствор углерода в альфа-железе. Предельная растворимость углерода в Feα составляет 0,02% при температуре 727⁰С (точка P диаграммы) и уменьшается до 0,006% при температуре 00С (точка Q). Феррит имеет низкие твёрдость (80HB) и прочность (sВ = 250 Н/мм²), но высокую пластичность (d = 50%). До температуры 767⁰С – феррит магнитен, выше этой температуры – немагнитен.

2. Аустенит (А) – это твёрдый раствор углерода в g - железе. Предельная растворимость углерода в Feg составляет 2,14% при температуре 1147⁰С (точка E) и уменьшается до 0,8% при температуре 727⁰С. Аустенит пластичен (d = 40 - 50%) и имеет твёрдость 160... 200HB.

3. Цементит (Ц) – это химическое соединение железа с углеродом Fe₃C. Содержание углерода в цементите 6,67%. Цементит имеет высокую твёрдость (800HB), не пластичен (d = 0%). Чем больше цементита в сплавах, тем большей твёрдостью и меньшей пластичностью они обладают.

4. Эвтектоид перлит (П) – это механическая смесь феррита и цементита. Перлит содержит 0,8% углерода и является продуктом распада аустенита при температуре 727⁰С. Твёрдость перлита 200 – 250HB, пластичность d = 10 - 20%, вязкость s_В = 250 Н/мм².

5. Эвтектика ледебурит (Л) – это механическая смесь аустенита и цементита при температуре выше 727⁰С и перлита и цементита вторичного ниже 727⁰С Ледебурит образуется при 1147⁰С в результате одновременной кристаллизации аустенита и цементита из жидкого сплава с содержанием 4,3%С, (700HB, d = 2%).

 

Превращение из жидкого состояния в твёрдое (первичная кристаллизация)

Линии диаграммы являются геометрическим местом критических точек - температур.

Линия ACD – ликвидус (температуры начала кристаллизации). Линия AECF – солидус (температуры конца кристаллизации). Выше линии ликвидус все сплавы находятся в жидком состоянии, ниже линии солидус – в твёрдом состоянии.

При температурах, соответствующих линиям: AC – из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы аустенита; CD – из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита первичного; AE – заканчивается первичная кристаллизация образованием аустенита; ECF – заканчивается первичная кристаллизация с одновременным выделением кристаллов аустенита и цементита – эвтектики ледебурита – это превращение называется эвтектическим.

Таким образом первичная кристаллизация сталей заканчивается образованием аустенита, а у чугунов – образованием ледебурита.

 

Превращения в твёрдом состоянии

Превращения в твёрдом состоянии связаны с аллотропическим (полиморфным) превращением Feg ® Feα (линии GS, PSK, GP), уменьшением растворимости углерода в аустените (линия ES) и феррите (линия PQ).

При температурах линий: GS и GP – из аустенита выделяется феррит (А ® Ф); ES – из аустенита выделяется цементит вторичный (А ® ЦII).

К моменту понижения температуры до 727⁰С аустенит содержит 0,8% углерода и происходит его распад на механическую смесь феррита и цементита вторичного (образование эвтектоида), называемую перлитом (А0,8 ® П); PQ – из феррита выделяется цементит третичный (Ф ® ЦIII). Так как цементит в сплавах уже есть, третичный цементит наслаивается на существующий и металлографическим способом не обнаруживается.

Вторичная кристаллизация в чугунах происходит в интервале температур 1147⁰С … 727⁰С с выделением из аустенита цементита вторичного (А2,14 ® ЦII).

Превращения в сплавах при нагреве происходят в обратном порядке: например, при температурах линий: PSK – (П ® А0,8); SE - (ЦII ® А) и т.д.

Температуру, соответствующую линии PSK (727⁰С), называют критической точкой А₁. При нагреве сплава её обозначают Ас₁, при охлаждении – Аr₁.

Температуры, соответствующие линии GS, называют критической точкой А₃, при нагреве – Ас₃, при охлаждении – Аr₃.

Температуры, соответствующие линии ES, называют критическими точками АСm.

Классификация железо-углеродистых сплавов по диаграмме железо-цементит

Сплавы железа с углеродом с содержанием от 0 до 0,02% углерода называются техническим железом, до 2,14%С – сталями, более 2,14%С – белыми чугунами.

Сталь с содержанием углерода 0,8% называется эвтектоидной, менее 0,8%С – доэвтектоидной, более 0,8%С – заэвтектоидной.

Чугун с содержанием углерода 4,3% называется эвтектическим, менее 4,3%С – доэвтектическим, более 4,3%С – заэвтектическим.