Теоретическое обоснование. Металлы, их термическая и механическая обработка

Металлы, их термическая и механическая обработка

Лабораторная работа 6. АНАЛИЗ Диаграммы состояния системы Fe –Fe3C

6.1. Цель работы. Изучить диаграмму состояния системы Fe –Fe₃C. Выполнитьодно из заданий (указывает преподаватель), Найти среди снимков, демонстрируемых на экране монитора, системы, указанные в задании, и зарисовать их.

Теоретическое обоснование

Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы Fe – C. Это обусловлено тем, что в технике наиболее широкое применяют железоуглеродистые сплавы.

Имеется две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе Fe – Fe₃C (цементит), и стабильная, характеризующая превращения в системе Fe – C.

Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температу­рой плавления 1539°С имеет две модификации — aи g. Модификация Fe_a существует при температурах до 911°С и от 1392 до 1539°С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при 20 - 25°С). Важной особенностью Fe_a является его ферромагнетизм ниже температуры 768°С, называемой точкой Кюри.

Модификация Fe_g существует в интервале температур от 911 до 1392°С, и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК. В связи с этим при Fe_a ÞFe_g объём железа уменьшается приблизительно на 1%. Fe_g парамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз. (Это используют при получении синте­тических алмазов.)

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий рас­твор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф или a)— твердый раствор внедрения углеро­да в Fe_a. Различают низкотемпературный и высокотемпературный фер­рит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,02%, в высокотемпературном — 0,1 %. Столь низкая растворимость углерода в Fe_aобусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена раз­мещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит — мягкая, пла­стичная фаза со следующими механическими свойствами: s_в = 300 МПа; d = 40%; y = 70 %; KCU = 2,5 МДж/м²; твердость — 80 - 100 НВ.

Аустенит (обозначают А или g) — твердый раствор внедрения углерода в Fe_g. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe_g зна­чительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (160 - 200 НВ) при 20 - 25°С.

Цементит (обозначают Ц) — карбид железа (почти постоянного со­става) Fе₃С, содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (800 НВ) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при 210°С. Температуру пла­вления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 1260°С.

Графит — углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.