Оглавление:
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- Государственный Dnatram сплава железа и углерода Железо-углерод диаграмма фазы является наиболее важной частью диаграммы состояния металлического сплава. Это связано с тем, что железоуглеродистые сплавы наиболее широко используются в технике. Железоуглеродистый сплав имеет 2 фазовые диаграммы: метастабильную, характеризующую превращение железоуглеродистой системы (цементит), и стабильную, характеризующую превращение Железоуглеродистой системы.
О том, что система железного траффита более стабильна, чем система Железного цементита, свидетельствует тот факт, что при нагревании до высокой температуры цементит разлагается на железо и графит, то есть переходит в более стабильное состояние. Фаза с компонентами сплава железа и углерода. Железо и углерод-элементы полиморфные. Для железа с температурой плавления 1539°C существует 2 модификации: a и Y.
его модификация присутствует при температурах до 911°C и 1392-1539°C и имеет цикл bcc решетки 0,286 Нм(при температуре 20-25°C). Людмила Фирмаль
важной особенностью его является его ферромагнетизм ниже температуры 768°C, который называется точкой Кюри. Fe-модификации существуют в диапазоне температур 911-1392°C, имеют решетку fcc, а цикл при 911°C составляет 0,364 Нм. решетка fcc более компактна, чем bcc lattice. In в связи с этим, если она перейдет к Фэй, количество железа уменьшится примерно на 1%. Ge7 является парамагнитным. Углерод имеет 2 версии графита и Алмаза. В нормальных условиях графит стабилен, а алмаз является метастабильной модификацией. Конюшня на высоких давлении и высокой температуре Это будет бриллиант. (Эго используются в производстве синтетических алмазов.）
Фаза железоуглеродистого сплава представляет собой свободный углерод в виде жидкого раствора, феррита, аустенита, цементита и графита. Феррит (обозначается F или a) представляет собой твердый раствор carbon. It различает низкотемпературный феррит и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода низкотемпературного феррита мала, а при высокой температуре −0,1%, она составит 0,02%. Эта низкая растворимость углерода в Gea обусловлена малым размером межатомных пор в решетке bcc. Значительная доля атомов углерода размещена в дефектах (вакансиях, дислокациях).
- Феррит представляет собой мягкую пластическую фазу со следующими механическими свойствами: s = 300 МПа; 8 = 40%; f = 70%; CSR ’= 2,5 МДЖ / м2; HB 800-1000. Аустенит 1 (обозначается буквой A или y)представляет собой твердый раствор углерода в Фее. потому что он имеет решетку fcc и имеет большее межатомное отверстие, чем решетка bcc, Fe. растворимость углерода в f значительно выше и достигает 2,14%.Аустенит пластичен, но при температуре 20-25°С он мощнее феррита (HB 1600-2000). Цементит (обозначается с) — карбонизированное железо (почти постоянного состава) Fe $ C 6,69% содержит С и имеет сложную ромбическую форму lattice.
In в нормальном состоянии цементит является твердым и хрупким (HB 8000). он слабо ферромагнитен и теряет свой ферромагнетизм при температуре 210°C. температуру плавления цементита определить трудно, так как он разрушается при нагревании. При нагревании с помощью лазерного луча он устанавливается на 1260°C. Углерод графита, разрядка> В свободном состоянии железоуглеродистый сплав. Есть шестиугольник 1 р. В честь Остин английский стипендию. Кристаллическая решетка. Графит мягкий, низкая прочность, проводящая, химическая стойкость. Рисунок 3.12. Диаграмма состояния Fe-Fe3C Трансформация сплава железо-цементит. Диаграмма состояния Fe-Fe3C (рис. 3.12)
характеризует газовый состав и трансформацию системы железо-цементит (6,69% С). Людмила Фирмаль
Особенностью рисунка является наличие на оси композиции 2 чешуек, что указывает на содержание углерода и цементита. координаты характерных точек Диа-1 грамм представлены в таблице. 3.1.Точка А определяет температуру плавления чистого железа, а точка D определяет температуру плавления цементита. Точки N и G соответствуют температуре полиморфного превращения железа. Точки H и P характеризуют предельную концентрацию углерода в горячем и холодном феррите соответственно. Точка е определяет самую высокую концентрацию углерода в аустените. Значение остальных точек становится понятным после анализа диаграммы.
Превращение сплавов на основе Fe-Fe3C происходит как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердой Государство. Первичная кристаллизация происходит в интервале температур, определяемом Ликвидусом (ABCD) и Солидусом (AHJECF).Вторичная кристаллизация обусловлена переходом железа из одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода как в аустените, так и в феррите. Когда температура падает, эта растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита.
Линии ES и PQ характеризуют изменения концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Состав цементита практически не изменился(двойная вертикальная линия DFKE).Цементит, выделяющийся из жидкости, называется первичным. Цементит, выделяющийся из аустенита, является вторичным. Цементы. Вышел из феррита-третичным. Таким образом, линия CD на диаграмме состояния является、Первичная линия цементита, вторичная линия цементита ES; третичный цементит PQ line. In в системе железо-цементит происходят 3 изотермических превращения. Таблица 3.1.
Характерные точки диаграммы состояния железо-цементит Температура точки На диаграмме, концентрация углерода SS、％ В 1539 0 Ч 1499 0.1 Джей 1499 0.16 Б 1499 0.51 В 1392 0 Д 1260 6.69 Е 1147 2.14 С 1147 4.3 Ф 1147 6.69 G 911 0 П 727-0.02 С 727 0.8 К 727 6.69 Инкрустирующее преобразование линии HJB(1499°C） ФН + а г Эвтектическое преобразование на линии ECF (1147°C） ЙК-> [А£+ С]; Преобразование эвтектоидная ПСК(727°с） ЛГ- [ФГ + ц]. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебирд 1, а эвтектическая смесь феррита и цементита-перлит. Эвтектоидный перлит(в том числе 0,8% С) и эвтектоид-свинец (4,3% с) считаются независимыми структурными компонентами, оказывающими существенное влияние на свойства сплава.
Перлит, в большинстве случаев, имеет слоистую структуру и является мощным структурным компонентом: ov = 800 -? 900 МПа; StO2 = 450 МПа; 8 <16%; HB 1800-2200.Когда редебрит охлаждается до температуры ниже линии SK, оденит превращается в перлит, а при температуре 20-25°C редебрит становится смесью цементита и pearlite. In этот структурный компонент, цементит, образует непрерывную матрицу, в которой размещена колония перлита. Структура этого красного Брита является причиной его высокой твердости (>HB 6000) и хрупкости.
Наличие редебрита в структуре сплава усложняет обработку резанием, так как невозможно обработать его давлением. Железоуглеродистый сплав делится на 2 группы стали и чугуна, содержащие до 2,14% С. Кристаллизация стали. Кристаллизация чистого железа протекает изотермически при температуре 1539CC и представляет собой сплав железа и углерода в пределах температурного диапазона. Сначала рассмотрим верхнюю часть диаграммы состояния(рис. 3.13).Здесь происходит перитектическая трансформация. 1 немецкий ученый Л. В честь Ледебура.
Рисунок 3.13.Часть диаграммы состояния Fe-Fe4C стали, подвергнутой перигезической метаморфозе Сплавы, содержащие менее 0,1% C1, не испытывают пероксисомы metamorphosis. It кристаллизуется в интервале температур точек/ −2.In в этом случае, согласно обычным законам кристаллизации твердых растворов, изменяется состав жидкой фазы и феррита. Зернистая структура составленная кристаллов феррита formed.
In в интервале температур 3-4 балла происходит перекристаллизация феррита в аустенит за счет полиморфизма железа. Сплав III, содержащий 0,16%C, при кристаллизации из жидкой фазы в интервале температур точки 8-9 образует кристаллы феррита с составом точки H при температуре точки 9, а оставшаяся жидкость имеет состав точки B. перитектическая реакция протекает при температуре 1499°C. кристаллы феррита взаимодействуют с импульсной фазой с образованием кристаллов аустенита с составом точки J. In в соответствии с фазовыми правилами степень свободы этого процесса равна нулю, поэтому перитектический процесс протекает при постоянных концентрациях при изотермической температуре.
Содержание углерода типа сплава ИИ 0.1-0.16%.In диапазон температур пунктов 5-6, феррит released. In пункт 6, сплав II содержит избыток ferrite. As в результате в перитектический процесс вводится новая фаза образования Аустенит при сохранении определенного количества феррита： Рисунок 3.14.(А) не испытывает эвтектоидного превращения и (Б) часть диаграммы состояния сплава Ge-Ge ^ C Фн + жн = AJ +ФШОСД- При дальнейшем охлаждении этот ферритовый остаток перекристаллизовывается с образованием аустенита с содержанием углерода в сплаве. Сплавы типа IV содержат 0,16-0,51% carbon. At температура точки/ 1, жидкая фаза становится избыточной по сравнению со сплавом III.
As в результате перитектический процесс заканчивается образованием аустенита при сохранении определенного количества жидкой фазы. 4-жн-аж 4-ЖВ [Ост). Дальнейшее охлаждение в интервале температур точек 11-12 затвердевает оставшаяся жидкая фаза и образует аустенит. Концентрация углерода аустенита ниже температуры точки 11 изменяется вдоль линии JE. Поэтому все рассмотренные сплавы, находящиеся ниже линий NJ и JE, находятся в твердом состоянии и имеют аустенитную структуру. Превращение стали в твердое состояние.
Так как большинство технических операций (термообработка, обработка давлением и др.) выполняются в твердом состоянии, более подробно рассмотрим превращение стали при температурах ниже температуры кристаллизации (ниже линии NJE). Рассмотрим преобразование, которое происходит в Стали при охлаждении из однофазной аустенитной области(рис. 3.14). Сплав железа и углерода, содержащий до 0,02% C (рис. точка P), называется промышленным железом.
Когда содержание углерода составляет менее 0,0002% (сплав/), аустенит перекристаллизовывается в феррит, когда он охлаждается от температуры точки 1 до температуры точки 2.Однофазная ферритовая структура поддерживается до температуры 20-25°C (рис.3.15, а). Содержание углерода В промышленном железе кристаллы третичного цементита осаждаются из феррита, после образования феррита от температуры 0,0002% или более, точка 5, как в сплаве. Этот процесс обусловлен снижением растворимости углерода в феррите (см. рис. 3.14 линия PQ).
Конечная структура будет состоять из 2 фаз феррита и третичного цементита, причем цементит будет располагаться вдоль границы зерен феррита в виде промежуточного слоя(рис.3.15.6).Третичный цементит портит технологический пластик! б. При температуре 20-25°С во всех железоуглеродистых сплавах присутствует третичный цементит, содержащий 0,0002% и более С. Однако роль третичного цементита в формировании свойств снижается, так как его содержание меньше по сравнению с цементитом, который выделяется при других фазовых превращениях. Обычно, принимая во внимание структуру сплава с содержанием углерода более 0,02%, упоминается цементит 3-го порядка ns. Сплав II (см. Рисунок 3.14） Это 0,8%.
С называется эвтектоидом steel. In это, соэвтектоидное превращение происходит при температуре линии ПСК, в результате чего из аустенита выделяются феррит и цементит с содержанием 0,02% С. Такая смесь из 2 фаз называют перлитом(рис. 3.16.6).Эвтектоидное превращение происходит при постоянной температуре и фазовом составе、 Это происходит потому, что в процессе одновременно участвуют 3 фазы, а число степеней свободы равно нулю. Рисунок 3.15.
Микроструктура технически чистого железа： а-<0.006%с, х 300; б-0.01% С. xZOO Сплавы с содержанием углерода менее 0,8% 1(см. рис. 3.14.6) называются до-эвтектоидных сталей. Эвтектоидному превращению таких сталей предшествует частичный переход от аустенита к ферриту в термическом диапазоне температур 1-2.
At температура точки b, фазовый состав сплава Ac + Fa. Количественное соотношение аустенита и феррита определяется соотношением сегментов ah и be соответственно. При температуре точки 2 сплав имеет фазовый состав a $ + FR, а количественное соотношение фаз составляет P2 и 2S соответственно. в результате eutek Превращение аустенита переходит в перлит и образует конечную структуру стали вместе с ферритом, выделившимся ранее (рис.3.16, а).
Количественное соотношение структурных компонентов (феррита и перлита) субэвтектоидной стали определяется содержанием углерода. Чем ближе содержание углерода к е Рис. 3.16.Микроструктура стали： А-эвтектоид, Б-эвтектоид; в-эвтектоид, х 300 Рис. 3.17.Часть диаграммы состояния Fe-Fe3C для высокоуглеродистого сплава деталь структуры цктоидной концентрации, перлит. Поэтому, зная содержание углерода в переутектоидной стали, можно прогнозировать ее структуру в стабильном состоянии.
Сплав III-Пер-эвтектоидная сталь (>0,8%C).Эвтектоидному превращению этих сталей в интервале температур 3-4 точки предшествует выделение вторичного цементита (Ср) из аустенита. Этот процесс обусловлен снижением растворимости углерода в аустените, согласно линии ES diagram. As в результате охлаждения до температуры точки 4 углерод аустенита стали снижается до 0,8%, вызывая эвтектоидное превращение на линии PSK. При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется на границе зерен аустенита, образуя непрерывную оболочку, которая выглядит как яркая сетка на микрофотографии (рис.3.16, в).
Максимальное количество структурно освобожденного цементита (-20%) содержится в сплаве с содержанием углерода 2,14%. Деформация отливки iron. In в сплавах с содержанием углерода более 2,14% при кристаллизации происходит эвтектическое превращение. Такой сплав называют белым чугуном. Сплав II (рис. 3.17) — эвтектический белый чугун (4,3% с) кристаллизуется изотермически при температуре эвтектики, с одновременным выделением 2 фаз: аустенита в составе точки Е Цементы. Смесь этих фаз называется редебритом.
Как и эвтектика, фазовый состав редебрита постоянен и определяется соотношением C / AE = ECjCE сегмента. При дальнейшем охлаждении выделение вторичного цементита изменяет концентрацию углерода аустенита вдоль линий F и S, принимая значение 0,8% для температуры эвтектоидного превращения. При температурах линии PSK аустенит в красном брите подвергается соосаждению, превращаясь в перлит. В Белом чугуне перед эвтектикой (<4,3% с) кристаллизация сплава начинается с выделения аустенита из жидкости solution.
In сплав I, этот процесс протекает в диапазоне температур точек 1-2.At температура точки 2, эвтектика (редебрит) образуется в результате реакции + Ае〜* [А£+ З {] + Фунтов. При охлаждении вторичный цементит освобождается от аустенита и структурно освобождается и включается в редебрит. По этой причине, аустенит, который изнашивается при температуре 727°с, превращается в перлит. Структура белого чугуна перед эвтектикой показана на рисунке. 3.18, ок. Большое темное поле на фоне редебрит-перлита образовано из структурно освобожденного аустенита.
Сплав W сверхэвтектический белый чугун(> 4,3% C). в сверхэвтектических чугунах кристаллизация начинается с отделения первичного кристалла цементита от жидкого раствора, выделяющегося в интервале температур Пункты 5-6; здесь состав жидкой фазы изменяется в зависимости от линии постоянного тока. Первичная кристаллизация заканчивается эвтектическим превращением, которое включает в себя образование редебрита. При дальнейшем охлаждении происходит твердое превращение, как и в случае сплава II.
Конечная структура перегреваемого чугуна при температуре 20-25°С показана на рисунке. 3.18.6.Я вижу его в красном цвете. Темные участки перлита; выделяются крупные пластины первичного цементита. Рисунок 3.18.Микроструктура белого чугуна: а — эвтектическая пред; Б-внеэкгическая. Х 300 Преобразование сплавов на основе железа и графита. Диаграмма состояния железного графита показана пунктирной линией на диаграмме состояния Железного цементита(рис. 3.19).Такой способ нанесения железо-графитового ряда позволяет сравнить обе фигуры.
В системе прививки железа образуется эвтектика при температуре 53°С, которая включает 4,26% С и состоит из аустенита и графита. ЕС называют графитовой эвтектикой. Эвтектоидное превращение сплавов на основе железа и графита протекает при температуре 738°С, а эвтектоидное Рисунок 3.19. Диаграмма состояния Ec-C Первая точка соответствует содержанию 0,7% С. структура кодекреации состоит из феррита и графита. совместное осаждение называется графитом. В диапазоне температур 1153-738°C вторичный графит осаждается из austenite.
At в то же время аустенит изменяет свой состав вдоль линии E ’S’.Линия CD показывает изменение состава жидкой фазы при кристаллизации первичного графита. один） Чтение диаграммы состояния железного графита принципиально отличается от чтения диаграммы состояния Железного цементита. Но во всех случаях, графит осаждается из сплава, а не из цементита. Графит в первичном графите и эвтектике кристаллизуется через нуклеацию и последующую growth.
In в этом случае кристаллы графита имеют сложную Юру в виде лепестков из одного center. As как правило, вторичный графит и I эвтектоидный Рафиг различаются по долям первичного графита и эвтектики graphite. An железоуглеродистый сплав может кристаллизоваться по схеме Железного графита только в присутствии очень медленных охлаждающих и графитизирующих добавок (Si, Ni и др.).
Смотрите также:
Материаловедение — решение задач с примерами
