Контрольная работа по "Материаловедению"

Контрольная работа

Вариант №8

Задание №1

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 С для сплава, содержащего 4,3% С .

Превращения, протекающие в сталях в равновесном состоянии, описываются диаграммой состояния «железо-карбид железа (цементит)», представленной на рисунке В.1.

 [pic 1]

[pic 2]

Рисунок В.1Диаграмма состояния «железо-карбид железа»

При охлаждении сплава от точки 1 до точки 2 (исключительно) превращений не происходит. Начало кристаллизации сплава происходит в точке 2, лежащей на линии ликвидус, при этом в жидком растворе появляются кристаллы аустенита. При последующем понижении температуры (от точки 2 до точки 3) происходит выделение кристаллов аустенита переменного состава. Состав кристаллов аустенита определяется линией солидус. Особенность первичной кристаллизации заключается в том, что она заканчивается эвтектическим превращением при 1147 оС (точка 3), когда жидкость концентрацией 4,3 % С образует две твердые фазы – аустенит (2,14 % С) и цементит (6,67 % С). Эта эвтектическая смесь зерен аустенита и цементита называется ледебуритом. После окончания первичной кристаллизации структура сплава состоит из первичных кристаллов аустенита и ледебурита. Наличие ледебурита делает сплав нековким, но обладающим высокими литейными свойствами.

При дальнейшем снижении температуры уменьшается растворимость углерода в аустените, и углерод выделяется из аустенита в виде вторичного цементита. Концентрация углерода в аустените изменяется в соответствии с положением линии ES (от 2,14 до 0,8 %). Структура сплава состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита.

При достижении температуры точки 4 аустенит претерпевает перлитное превращение.

Таким образом, при температуре ниже точки 4, ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита.

При построении кривой охлаждения используем правило фаз.

На кривой охлаждения сплава отрезок 1−2 соответствует охлаждению жидкости, отрезок 2−3 − кристаллизации, а отрезок 3−5 − охлаждению твердого тела. Кристаллизация начинается в точке 2 (точка ликвидус) и протекает при переменной температуре, что согласуется с правилом фаз, так как число степеней свободы системы в этом случае равняется единице. В данном случае компонентов два (железо и углерод), число фаз равняется двум (жидкость и кристаллы аустенита) и, следовательно:

C2 = k – f + 1=2 – 2 + 1 = 1.

где С − число степеней свободы;

k – количество компонентов;

f – число фаз.

В точке 3 из оставшейся жидкости образуется ледебурит - эвтектическая смесь кристаллов аустенита и цементита. В данном случае компонентов два (железо и углерод), число фаз равняется трем (жидкость, кристаллы аустенита и цементита) и, следовательно:

C3 = k – f + 1=2 –3+ 1 = 0.

Одновременная кристаллизация аустенита и цементита должна протекать при постоянной температуре (отрезок 3−3׳), так как число степеней свободы равно нулю. Точка 3׳, соответствующая концу кристаллизации, называется точкой солидус. Отрезок 3׳−4 соответствует охлаждению закристаллизовавшегося сплава, состоящего из аустенита, вторичного цементита и ледебурита (эвтектическая смесь аустенита и цементита), и, соответственно, число степеней свободы в этом интервале температур равно

C3׳ = k – f + 1=2 – 2 + 1 = 1.

В точке 4 (727 оС) начинается эвтектоидное превращение, при котором аустенит превращается в перлит (механическую смесь феррита и цементита). В этом случае компонентов два (железо и углерод), число фаз равняется трем (аустенит, феррит и цементит) и, следовательно, число степеней свободы при этой температуре равно

C4 = k – f + 1=2 –3+ 1 = 0.

Так как число степеней свободы равно нулю, то образование перлита (отрезок 4−4׳) должно протекать при постоянной температуре. На отрезке 4׳−5 охлаждается сплав, состоящий из кристаллов перлита, ледебурита и вторичного цементита.