Анализ структурных и фазовых превращений при медленном охлаждении сплава системы железо-углерод

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева

Кафедра «Материаловедение и технологии новых материалов»

Домашняя работа №1

«Анализ структурных и фазовых превращений при медленном охлаждении сплава системы железо-углерод»

Выполнил: студент группы 15-ИН

Родюшкина В.Д.

Проверил: доцент

Бетина Т.А.

Нижний Новгород

2017

Цель работы: исследование структурных и фазовых превращений при медленном охлаждении сплава системы железо-углерод с концентрацией 0,5%.

Теоретическая часть

Диаграмма состояния сплавов «Железо-Углерод» (Fe – С)

В железоуглеродистых сплавах компонентами являются железо и углерод.

ЖЕЛЕЗО (Fe) – металл серебристо-серого цвета, температуру плавления 1539°С, плотность 7,82 г/см3 . Железо пластично, ферромагнитно(до температуры 768°С – точка Кюри) и обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Прочностные характеристики технического железа довольно низки: предел прочности σв=280...320 МПа, предел текучести σ0,2=130...210 МПа, твердость по Бринеллю НВ500...800 МПа.

Железо обладает полиморфизмом, то есть изменяет тип кристаллической решетки при нагревании и охлаждении. Температуры превращений железа и железоуглеродистых сплавов называют критическими точками.

УГЛЕРОД (С) является неметаллическим элементом 2-го периода четвертой группы периодической таблицы. Его плотность равна 2,22 г/см3 , температура плавления 3500 °С. В свободном 7 состоянии в природе углерод встречается в виде двух полиморфных модификаций – графита (стабильная модификация) с гексагональной слоистой решёткой и алмаза (метастабильная модификация) с сложной ромбической решёткой типа алмаза. В железоуглеродистых сплавах углерод может находиться в следующих формах: в свободном состоянии – в виде графита (в серых чугунах) и в связанном состоянии - в твердых растворах на основе α- и γ-железа и в составе химического соединения – карбида железа FезС.

Железо вступает во взаимодействие с углеродом, образую три типа сплавов:

1)Химическое соединение – цементит(Ц) Fе3С (карбид железа), содержащее 6,67 % углерода. Имеет сложную ромбическую решётку типа алмаза, обладает высокой твердостью (твердость по Бринеллю равна примерно 8000 МПа ) и низкой пластичностью. Температура плавления - 1500°С.

2)Твердые растворы – феррит(Ф), аустенит(А).

Феррит(Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α- или δ- железо. Растворимость углерода очень мала (0,02 % углерода), потому что центр решетки занят атомами железа. Атом углерода может располагаться в феррите в центре грани куба, либо в вакансиях на дислокации. Предельная растворимость в δ-феррите достигает 0,1% при 1499°С. Твердость – 80 НВ, прочность (σв) – 250-270 МПа, тягучесть – 120-130 НПа, пластичность составляет 50 %, упругость – 220000 МПа.

Аустенит(А) – твердый раствор внедрения углерода в γ- железо Feγ(С). Аустенит имеет кубическую гранецентрированную решетку. Углерод располагается в центре ячейки и на дефектах решетки. Максимальная растворимость составляет 2,14 % (при 1147 °С), предельная растворимость при минимальной температуре его стабильного существования(при 727 °С) – 0,8 %. Твердость – 170-200 НВ, имеет высокую пластичность.

3)Механические смеси – эвтектика и эвтектоид. Эвтектоидное превращение: из твердого в твердое; Эвтектическое превращение: из жидкого в твердое.

Фазы:

• Жидкость
• Феррит
• Аустенит
• Цементит

Структуры – одна или несколько фаз, объединенных одной границей.

• Простые (одна фаза) – жидкость, феррит, аустенит, цементит.
• Сложные (две фазы) – эвтектоидная структура-перлит(П)=(Ф+Ц); эвтектика-ледебурит: Ла=(А+Ц), Лп=(П+Ц)

Характерные точки, линии и области на диаграмме состояния системы «Железо-Углерод»

Каждая линия диаграммы состояния сплавов представляет собой геометрические место критических точек для разных сплавов, которые объединены единым смыслом.

ABCD – линия ЛИКВИДУС показывает температуры начала затвердевания сплавов. При температурах выше температур, определяемых этой линией, все сплавы находятся в жидком состоянии, представляющем собой раствор углерода в железе (жидкая фаза).