вариант 26 вопос1

Задание 1

Задание №1

Начертите диаграмму состояний «железо–углерод», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и дайте им определения. Опишите структурные и фазовые превращения при медленном охлаждении сплава с содержанием углерода С = 1,3 %. Охарактеризуйте этот сплав, определите для него при температуре Т=200 °С (по правилу отрезков) состав фаз и их количество (процентное соотношение). По правилу фаз определите число степени свободы в каждой критической точке сплава и постройте кривую охлаждения сплава.

Ответ:

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе, магнитен, имеет низкую прочность σв = 250 МПа, σ0,2 = 120 МПа, НВ 80…100, высокую пластичность (δ = 50 %, ψ = 80 %), зернистое строение.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, немагнитен, НВ 160 при δ = 40…50 %). Микроструктура аустенита имеет зернистое строение.

Аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно охлаждаясь, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита с цементитом – перлит.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом Fe3C – магнитен, имеет высокую твердость НВ  800, очень низкую пластичность, сложную кристаллическую решетку.

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита. Состоит из пластинок или 12 зерен цементита на ферритной основе. Перлитная структура стали получается при 0,8 % углерода. Механические свойства определяются формой и дисперсностью частиц цементитной фазы: чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет НВ 180… 220; σв = 800 МПа, δ = 10 %; зернистый перлит – НВ 160…200; σв = 650 МПа, δ = 20 %.

Ледебурит (Л) – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита (цементита и перлита). Ледебурит – твердая и хрупкая составляющая, НВ 600…700.

Данный сплав является сталью, т.к. с<2,14 %. Сталь заэвтектоидная, т.к. с>0,8%.

Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии; сплав однофазный , структура – Ж. Точка 1 лежит на линии ACD - линии ликвидус; начинается процесс кристаллизации. Участок 1-2: из жидкого раствора выделяется аустенит; сплав двухфазный, структура Ж+А. Точка 2 лежит на линии AECF-линии солидус; заканчивается процесс кристаллизации. Участок 2-3: состав однофазный, структура А. Точка 3 лежит на линии AGSE: по линии SE из аустенита, вследствие уменьшения растворимости углерода, начинают выделяться кристаллы .Точка 4 лежит на линии PSK эвтектоидных превращений; из аустенита образуется механическая смесь перлит. Участок 4-5: две фазы, структура П+Ф. При дальнейшем охлаждении структура и фазовый состав сплава не меняется до комнатной температуры.

По правилу фаз(закон Гиббса), определим степень свободы для всех критических точек.

Правило фаз выражается уравнением С = К + 2 – Ф, где С – число степеней свободы, К – число компонентов внешних факторов (температура и давление); Ф – число фаз,находящихся в равновесии при рассматриваемых условиях.При нормальных условиях давление оказывает незначительное влияние на фазовое равновесие сплавов в жидком и твердом состояниях, поэтому рассматривается только один внешний фактор – температура. Тогда уравнение примет вид: С = К + 1 – Ф. Число степеней свободы может быть только целым, не отрицательным, поэтому К – Ф + 1 ≥ 0. Если число степеней свободы равно нулю (С = 0), это означает, что превращения в рассматриваемой критической точке происходят при постоянной температуре. Процессы протекают в интервале температур, если С = 1 или С = 2.

Участок 1-2: С = 2 + 1 – 1 = 1- наблюдается перегиб на графике охлаждения

Участок 2-3 :С=2+1-2= 1- наблюдается перегиб на графике охлаждения

Участок 3-4:С=2+1-2=1 – наблюдается перегиб на графике охлаждения

Участок 4-4’: С=2+1-3=0 – наблюдается площадка на графике охлаждения

Участок 4'-5:С=2+1-2=1 – наблюдается перегиб на графике охлаждения

Применение правила рычага сводится к определению массовой концентрации какой-либо фазы при заданной температуре в двухфазной области диаграммы состояния. Для этого нужно через эту точку провести горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими область на диаграмме. Чтобы найти массовую концентрацию фазы, нужно разделить длину отрезка коноды, противолежащего данной фазе, на общую длину коноды.

Используя правило отрезков, определим химический состав и количество фаз для сплава системы «железо–цементит» в точке В (С = 1,3 % при температуре 200 °С). (Рисунок 3. Состав фаз).

Q_Ц =100%-91%=9%

Содержание перлита 91%, цементита 9%.