вопрос 1 сталь 32

В32

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 = 0,6 %. 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 доэвтектоидная, т.к. с<0,8%.

Правило фаз Гиббса - основной закон фазового равновесия - дает количественную связь между числом фаз в системе Ф, числом компонентов К и числом степеней свободы С. отражающим число возможных вариантов изменений внешних условий (давление, температура, состав фаз) без изменения числа фаз в системе:

С=К-Ф+2

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

Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии; сплав однофазный , структура – Ж Точка1: С = 2 + 1 – 1 = 1- наблюдается перегиб. Точка 1 лежит на линии ликвидус; начинается процесс кристаллизации. Участок 1-2: из жидкого раствора выделяется аустенит; сплав двухфазный, структура Ж+А. Точка 2 лежит на линии солидус; заканчивается процесс кристаллизации Точка2:С=2+1-2= 1- наблюдается перегиб

. Участок 2-3: состав однофазный, структура А. Точка 3: из аустенита, вследствие уменьшения растворимости углерода, начинают выделяться кристаллы Точка3:С=2+1-2=1 – наблюдается перегиб

.Точка 4 лежит на линии эвтектоидных превращений; из аустенита образуется механическая смесь перлит. Точка 4: С=2+1-3=0 – наблюдается площадка.

Участок 4-5: две фазы, структура П+Ф. При дальнейшем охлаждении структура и фазовый состав сплава не меняется до комнатной температуры.

При Т= 200C определим фазовый состав (по правилу рычага):

Рисунок (..). Фазовый состав.

Ф= =25%

П=100%-25%=75%.