Тема:Анализ диаграммы состояния сплавов железо-цементит.

Задачи работы:

Изучить линии,точки и области диаграммы железо-цементит,ее фазы и структуры,превращения в сплавах с различным содержанием углерода при нагревании и охлаждении,применение правил фаз и отрезков.

Теоретические сведения:

Диаграмма железо-цементит (рис.8) является основой для понимания процессов,происходящих при нагревании и охлаждении железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов ).Согласно диаграмме железо-цементит,в железоуглеродистых сплавах при нагревании или охлаждении могут получаться следующие структурные составляющие: феррит,аустенит,цементит,перлит и ледебурит.

Рис.8Диаграмма железо-цементит.

Для анализа диаграммы железо-цементит применяют правило фаз Гиббса.Выше линии АСD все сплавы в жидком состоянии,следовательно,число степеней свободы С=К-Ф+1=2-1+1=2.Это значит ,что система располагает двумя степенями свободы,которые можно менять без нарушения равновесия системы,т.е. без изменения числа и состояния фаз .В определенном интервале температур выше линии АСD можно сплавы нагревать и охлаждать,менять их концентрацию и они остаются жидкими.Между линиями АС и АЕС и линиями СD и СF сплавы двухфазны,состоят из твердой фазы и жидкости,и при этом число степеней свободы равно С=2-2+1=1.Из вышесказанного следует,что система в данных областях располагает только одной степенью свободы и для сохранения числа фаз можно менять лишь один фактор равновесия- либо температуру,либо концентрацию.Две фазы и одна степень свободы имеются также во всех других областях диаграммы,кроме аустенитной,где между линиями АЕ и GSЕ система однофазна и располагает двумя степенями свободы С=2-1+1=2.На горизонтальных линиях ЕСF и РSК система трехфазна и число степеней свободы С=2-3+1=0.На линии ЕСF при охлаждении образуется ледебурит,а на линии РSК- перлит.Нулевая степень свободы на этих линиях обусловливает строго постоянные температуры при образовании ледебурита (1147ºС) и перлита (727º).

Правилом отрезков или правилом рычага пользуются для определения процентного и весового состава жидкой и твердой фаз или двух различных твердых фаз (количество структурных составляющих и их концентраций ).Для этого,например,из точки b (рис.9) проводят горизонталь до линий GР и GS.

Рис.9.Часть диаграммы железо-цементит.Вторичная кристаллизация

сталей.

Проекция точки а на ось концентраций показывает содержание углерода в феррите,а проекция точки с- содержание углерода в аустените при определенной температуре.Для нахождения количественного соотношения аустенита и феррита необходимо составить обратно пропорциональное отношение отрезков:

Qф/Qау=bс/аb

где Qф-количество феррита.,

Qау-количество аустенита для температуры,соответствующей точке b.

Пусть в точке b масса всего сплава составляет 100г,тогда Qф/(100-Qф)=bс/аb.Подставляя значение отрезков bс и аb,взятые из диаграммы состояния,можно определить количество феррита,а затем и количество аустенита.

По диаграмме железо-цементит можно построить кривые охлаждения.Для этого точки пересечения вертикали с линиями диаграммы (рис.13,14),обозначающей сплав

определенной концентрации,сносят на систему координат температура -время и строят кривую нагревания или охлаждения этого сплава.Точки пересечения с кривыми линиями диаграммы соответствуют перегибам на кривых охлаждения и нагревания,а точки пересечения с горизонтальными линиями соответствуют площадкам на тех же кривых.

Порядок выполнения работы:

1.Изучить структурные составляющие диаграммы железо-цементит по содержанию углерода,количеству фаз,кристаллическим решеткам и свойствам.

2.Изучить превращения железоуглеродистых сплавов по диаграмме железо-цементит.

3.Выработать навыки по применению к диаграмме железо-цементит правила фаз Гиббса и правила отрезков с пояснением условий для сохранения сплавов в равновесном состоянии.Научиться определять процентный и количественный состав сплавов.

4.Приобрести навыки вычерчивания кривых охлаждения и нагревания по диаграмме состояния сплавов.

Содержание отчета:

В отчет необходимо включить схему диаграммы состояния сплавов железо-цементит.,описание фаз,структур железоуглеродистых сплавов и их свойства.,две кривые охлаждения для стали и чугуна с любым содержанием углерода,построенные по диаграмме железо-цементит,описание на основе этих кривых,фазовых превращений,происходящих в сплавах при нагревании и охлаждении с применением правила фаз Гиббса и правила отрезков.

Контрольные вопросы:

1.Для чего необходима диаграмма железо-цементит?

2.В чем сущность правила фаз Гиббса?

3.В чем сущность правила рычага или правила отрезков?