Цель работы. Изучить теорию процессов, происходящих в железоуглеродистых сплавах при охлаждении и нагреве; научиться определять по диаграмме состояния Fe – С фазовые и

Лабораторная работа № 3

ДИАГРАММА Fe–С И СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Цель работы

Изучить теорию процессов, происходящих в железоуглеродистых сплавах при охлаждении и нагреве; научиться определять по диаграмме состояния Fe – С фазовые и структурные состояния сталей и чугунов.

 

Основные теоретические положения:

Аллотро́пия — существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам — так называемых аллотропических (аллотропных) модификаций или форм.

Аустенит (γ-фаза) — это твёрдый раствор внедрения, в котором атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки γ-железа во время конечной термообработки.

Видманштеттенова структура - разновидность металлография, структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл внутри кристаллич. зёрен, составляющих сплав. Впервые обнаружена в 1808 при изучении железо-никелевых метеоритов.

Графи́т — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая.

Изоте́рма — изолиния одинаковых температур

Диаграмма состояния сплавов какой-либо системы графически изображает изменения, происходящие в сплавах этой системы при изменении концентрации и температуры, и позволяет правильно назначать режимы их обработки: горячей обработки давлением, термической обработки, литья.

Рис. 6.1. Диаграмма состояния железо - углерод (Fe - С) или железо - цементит (Fe - Fe₃C)

 

Сталь — сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14%. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Зерно представляет собой кристалл микроскопических размеров, не имеющих той правильной геометрически внешней формы, которая ему присуща в соответствии с типом его кристаллической решетки.

Критическая точка – температура, при которой в сплаве происходят фазовые превращения. Критические точки определяют по кривым охлаждения сплавов.

В зависимости от характера превращения критические точки имеют собственные имена: ликвидус, солидус, сольвус

Кривая охлаждения- график, показывающий зависимость между временем и температурой во время охлаждения материала. Используется для определения температур, при которых происходят фазовые превращения.

V_кр – кривая охлаждения, касательная к выступу С-образной кривой

Кристаллиза́ция — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов.

Кристаллическая решётка - присущее находящемуся в кристаллическом состоянии веществу правильное пространственное расположение атомов (ионов, молекул), характеризующееся периодической повторяемостью в трёх измерениях.

Виды критических точек сплавов

Название точки (обозначение)	Фазовое превращение при охлаждении (нагревании)	Примечания
Ликвидус	L↔ТВ Начало выпадения твердой фазы в жидком расплаве (конец расплавления твердой фазы)	Для чистых компонентов и эвтектических сплавов точки ликвидус и солидус совпадают
Солидус	L↔ТВ Конец выпадения твердой фазы в жидком расплаве (начало расплавления твердой фазы)
Сольвус (точка вторичной кристаллизации)	ТВ↔ТВ + ТВII Выпадение вторичной фазы в результате снижении растворимости компонентов сплава в твердом состоянии	Вторичная фаза представляет собой химическое соединение АnBm

 

Ледебурит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита в интервале температур 727—1147 °C, или феррита и цементита ниже 727 °C

Конода - горизонтальный отрезок, концы которого ограничены равновесными сосуществующими фазами и содержанием в них компонентов; характеризует состав фаз, находящихся в равновесии.

Мезоструктура -структура растворной части, формируется зернами песка и определяет деформативность, плотность и другие свойства асфальтобетона.

Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727°С и содержит 0,8% С. Образуется в результате распада аустенита в процессе его охлаждения при температурах ниже 727°C.

Перитектика- жидкость, находящаяся (при постоянном давлении) в равновесии с кристаллическими фазами (химическими соединениями или твёрдыми растворами), число которых равно числу компонентов системы и при изменении её температуры уменьшается на 1

Перекристаллиза́ция — метод очистки вещества, основанный на различии растворимости вещества в растворителе при различных температурах (обычно интервал температур от комнатной до температуры кипения растворителя, если растворитель — вода, или до какой-то более высокой температуры)

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы.

Парамагнетизм, вид магнетизма, свойственный таким металлам, как платина и магний, которые, находясь в магнитном поле, намагничиваются параллельно полю, в размере, пропорциональном силе поля.

Про́чность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил.

Пластичность — способность материала получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки.

Предел текучести – это напряжение, при котором остаточное удлинение (необратимая пластическая деформация) составляет 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики.

Пра́вило фаз — соотношение, связывающее число веществ (компонентов), фаз и степеней свободы в гетерогенной системе.

Правило отрезков позволяет на основе диаграмм состояния определять для любого сплава при любой температуре относительное количество присутствующих в нем фаз или структурных элементов и определять количественный состав каждого из них, т. е. производить не только качественный, но и количественный анализ сплавов.

Правило концентраций позволяет определить концентрацию компонента В в каждой фазе в любой точке двухфазной области.

Равновесные структуры стали образуются в результате распада аустенита при очень медленном охлаждении. Увеличение скорости охлаждения приводит к переохлаждению аустенита и изменению структуры.

 

Существуют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения:

При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента B размещаются между атомами растворителя A в его кристаллической решетке. При образовании твердых растворов замещения атомы растворенного компонента B замещают часть атомов растворителя (компонент A) в его кристаллической решетке.

Рисунок 1 – Твердые растворы: а – замещения, б – внедрения

 

Углеро́д (химический символ — C, лат. Carbonium) — химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107

Фаза - это однородная часть системы, отделенная от других частей (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую св-ва в-ва меняются скачком.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в Fe_a. В низкотемпературной модификации Fe_a максимальная растворимость углерода равна 0,02% при температуре 727°С (т. Р).

Ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Цементит – химическое соединение железа с углеродом. Стехиометрическая формула цементита – Fe₃C (карбид железа), содержит 6,67% С.

Первичный цементит выделяется из жидкого раствора, вторичный - из аустенита, третичный - из феррита.

Чугу́н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний).

Эвтектика - жидкая фаза (расплав), находящаяся в равновесии с двумя или более твердыми фазами. Температура кристаллизации эвтектики называется эвтектической точкой.

Эвтектоид- эвтектика, образующаяся при охлаждении твёрдого раствора.