- •«Задачи по определению состава, анализу фазовых и структурных превращений сталей и белых чугунов.» задача №4
- •Решение:
- •Ответ: количество феррита образующееся по эвтектоидной реакции в этом сплаве составляет 484,46 г ,цементита 63,94 г. Кривая№1 задача №25
- •2 Фазы ф и ц
- •2 Структурных составляющих лпр и цi
- •Решение
- •Задача №100
- •Решение:
- •2 Фазы ф и ц
- •3 Структурных составляющих лпр, п и цii .
- •«Комплексные задачи по фазовым превращениям и структурообразованию серых чугунов» задача №279
- •Решение:
- •Задача №310
- •Решение
- •Количество фазовых и структурных составляющих при 20℃ в сплаве с общим содержанием углерода 4,3%, связанного 0,4%
- •Складываем количество свободного и связанного феррита
Характеристика метастабильной и стабильной диаграммы «Fe-C»
В сплавах системы Fe-C встречаются следующие фазы: Ж - жидкий раствор компонентов α, γ, δ – твёрдые растворы углерода С на основе железа Fe ( феррит Ф и аустенит А) Fe3C – химическое соединение (цементит Ц) * ( метастабильная система) С- структурно свободный углерод ( графит Г) * ( стабильная система)
Описание фаз метастабильной (стабильной) диаграммы
Жидкая фаза ( Ж)-неограниченный раствор Fe и C, находящийся выше линии ликвидус ABCD при концентрации С=0÷6,67% (С= 0÷100%). Жидкость микроскопически однородна (гомогенна)
( α-Ф, δ-Ф и А) - твёрдые растворы внедрения Fe и C (т.е. атомы углерода размещаются в межузельных пустотах кристаллической решётки железа) на основе 2-х кристаллографических решёток (ОЦК и ГЦК)
Феррит (Ф) - тв. раствор внедрения С в α-Fe ( δ-Fe). Кристаллическая решётка ОЦК. Твёрдость 80÷100 HB, предел прочности σв~300Мпа, относительное удлинение δ достигает 50%. До t=768℃ феррит ферромагнитен, выше парамагнитен.
Низкотемпературный (α-Ф)- Максимальная растворимость C в α-Fe - 0,025% (т. P), минимальная – 0,006% (т.Q).
Высокотемпературный (δ-Ф) – предел растворимости углерода – 0,1% (т. H)
Аустенит (А) - тв. раствор внедрения С в γ-Fe. Кристаллическая решётка ГЦК. Максимальная растворимость C в γ-Fe - 2,14% в т Е ( 2,11% в т Е’). Твёрдость 170÷200 HB, предел прочности σв составляет 500÷800Мпа. Аустенит пластичен , не ферромагнитен.
Цементит (Ц) – нестойкое химическое соединение Fe3C с содержанием 6,67% С. Имеет сложную ромбическую решётку. Становиться ферромагнитным при t ниже 217℃. Хрупок, имеет высокую твёрдость (~800HB), практически нулевую пластичность. Образуется по метастабильной системе.
Графит (Г) – структурно свободный углерод, образующийся при медленном охлаждении по стабильной системе. Является самостоятельной фазой. Имеет гексогональную решётку, высокую tплавления~3500℃. У графита низкие механические свойства из-за того, что связь между базисными плоскостями слабая ( чешуйки графита легко отслаиваются)
Изотермические фазовые превращения (С=0)
Перитектическое превращение по линии HNB при t=1499℃
Эвтектическое превращение по линии:
по стабильной части диаграммы происходит при t’=1153℃ по линии E’C’F’
по метастабильной при t=1147℃ по линии ECF
Эвтектоидное превращение
По стабильной при t’=738℃ по линии P’S’K’
По метастабильной при t=727℃ по линии PSK
Критические точки
Обозначение Точки |
Температура, ℃
|
Концентрация углерода, %(масс) |
|
Обозначение Точки |
Температура, ℃ |
Концентрация углерода, %(масс) |
Метастабильное состояние |
|
Стабильное состояние | ||||
A |
1539 |
0 |
|
A |
1539 |
0 |
B |
1499 |
0,51 |
|
B |
1499 |
0,51 |
H |
1499 |
0,10 |
|
H |
1499 |
0,10 |
J |
1499 |
0,16 |
|
J |
1499 |
0,16 |
N |
1392 |
0 |
|
N |
1392 |
0 |
O |
768 |
0,50 |
|
E’ |
1153 |
2,11 |
E |
1147 |
2,14 |
|
C’ |
1153 |
4,26 |
C |
1147 |
4,30 |
|
F’ |
1153 |
100 |
F |
1147 |
6,67 |
|
D’ |
- |
100 |
D |
- |
6,67 |
|
G |
911 |
0 |
G |
911 |
0 |
|
P’ |
738 |
0,023 |
M |
770 |
0 |
|
S’ |
738 |
0,70 |
P |
727 |
0,025 |
|
K’ |
738 |
100 |
S |
727 |
0,80 |
|
Q’ |
600 |
0,006 |
K |
727 |
6,67 |
|
L’ |
600 |
100 |
Q |
600 |
0,006 |
|
|
|
|
L |
600 |
6,67 |
|
|
|
|
«Задачи по определению состава, анализу фазовых и структурных превращений сталей и белых чугунов.» задача №4
Сплав содержит 0,45% С. Какое количество феррита и цементита образуется по эвтектоидной реакции в этом сплаве, если его вес равен 1000г?
Решение:
Всё количество феррита и цементита образующееся по эвтектоидной реакции в этом сплаве, составляет количество перлита, т.е.54,84% всего сплава.
г – весовое количество перлита в сплаве
–количество феррита в перлите
- количество цементита в перлите
Описание фазовых превращений в сплаве №1 при его охлаждении
Интервал 1-2 При температуре в т. 1 начинается процесс кристаллизации жидкой фазы с выделением кристаллов δ-Ф состава т.1’. Эти кристаллы будут выделяться до охлаждения жидкой фазы до т.2. Состав жидкой фазы будет изменяться в соответствии с линией ликвидус (1-B) ,состав δ фазы будет изменяться в соответствии с линией солидус (1’-H). Число степеней свободы С=2-2+1 , поэтому кристаллизация будет проходить не при постоянной температуре, а в интервале 1-2 Процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла, что замедляет охлаждение и на кривой охлаждения будет перегиб.
В т. 2 При температуре т.2 сплав состоит из δ-Fe состава т.H и жидкости состава т.B
В т2’ при T=1499℃
Перитектическое превращение будет идти при постоянной температуре т.к. С=0
Интервал 2-3
Аллотропическое превращение δ→γ, ОЦК→ГЦК. Состав жидкой фазы изменяется в соответствии с линией B-3’, аустенита соответствии с линией J-3
В т.3
Превращение δ→γ завершиться
Интервал 3-4
Превращения отсутствуют, сплав состоит только из кристаллов аустенита , состав которого не меняется и определяется составом сплава .
С=1-1+1=1
В т.4
Начинается аллотропическое превращение. Из аустенита образуется феррит γ→α, в результате чего происходит перестройка кристаллической решётки :ГЦК→ОЦК.
Интервал 4-5
Продолжается аллотропическое превращение в интервале температур т.к. С=2-2+1=1
При температуре 768℃ имеет место магнитное превращение αнм→αм. Состав аустенита меняется по линии 4-S, состав феррита по линии 4’-P. Чуть выше т.5 сплав состоит из 2-х фаз: избыточные кристаллы феррита состава т. P и кристаллов аустенита состава т. S
В т.5
Аустенит состава т. S испытывает эвтектоидное превращение, приводящее к образованию перлита.
Т.5’
Окончание эвтектоидной реакции.
Сплав состоит из:
2-х фаз - феррита и цементита
2-х структурных составляющих – избыточные кристаллы феррита и перлит
Интервал 5-6
В следствии уменьшения растворимости углерода в феррите, по линии PQ, из феррита будет выделяться цементит третичный.
Цементит третичный может быть самостоятельной структурной составляющей , но его количество очень мало, поэтому в структуре его обычно не видно.
В перлите цементит третичный также неразличим из-за того , что он осаждается на пластинах перлитного цементита, в результате чего немного изменяется количественное соотношение фаз в перлите (количество феррита немного уменьшается, цементита увеличивается)
Т.6
Таким образом при комнатной температуре состав сплава будет состоять из:
2-х фаз: ФQ + ЦL
3-х структурных составляющих: Ф+П+ЦIII
Схема структурообразования сплава с содержанием 0,45%С
Ж
δFe
1-2 Ж+δFe
А
А
(+Ж)
2-3 Ж+А
А
3-4 А
Ф
4-5 А+Ф
П(Ф+Ц)
5-6 П(Ф+Ц)+Ф
ЦIII ЦIII
6 П(Ф+Ц)+Ф+ЦIII
Расчёт количества фазовых и структурных составляющих сплава №1 с содержанием 0,45
%С при комнатной температуре.
3-х структурных составляющих: Ф+П+ЦIII .
Температура при которой существуют только 2 структурных составляющих, феррит и перлит, в т.5. По правилу отрезков при t=727℃
Весовая доля перлита не изменяется.
Доля избыточных кристаллов феррита уменьшается при охлаждении на количество, выделяющихся из него, кристаллов цементита третичного, максимальное количество которых составит
В сплаве , содержащем 100% феррита выделится 0,29% цементита третичного. Следовательно в нашем сплаве его количество составит
Количество свободных кристаллов феррита будет равным