11349

ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ). Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Лекция

Производство и промышленные технологии

Лекция 3 ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОД ЦЕМЕНТИТ. Компоненты фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Железоуглеродистые сплавы стали и чугуны являются основными наиболее распространенными среди материалов используемых в различных отраслях

Русский

2013-04-07

95.23 KB

56 чел.

Лекция 3

ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД  (ЦЕМЕНТИТ). Компоненты, фазы и структурные
составляющие железоуглеродистых сплавов.

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны являются основными, наиболее распространенными среди материалов, используемых в различных отраслях промышленности. Эти сплавы описываются диаграммой состояния железо-углерод (цементит) (рис. 1)

Основными компонентами диаграммы являются железо и углерод. Температура плавления железа 1539 0С. В твердом состоянии может находиться в двух модификациях α  (ОЦК-решетка) и γ  (ГЦК-решетка). Модификация Feα  существует при температурах до 9110 и от 13920 до 15390С. Важной особенностью Feα  является его ферромагнетизм ниже температуры 7680С, (точка Кюри).

Модификация Feγ существует в интервале температур от 9110 до 13920С.

Железо с углеродом образует растворы внедрения. Растворимость углерода в железе зависит от температуры и от того, в какой кристаллической форме существует железо.

Твердый раствор углерода в α-Fe  называется ферритом; в γ-Fe- аустенитом.

Содержание углерода в диаграмме Fe-C ограничивается 6,67%, т.к. при этой концентрации образуется химическое соединение Fe3C цементит.

Так как на практике применяют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода не более 5%, то цементит является вторым компонентом рассматриваемой диаграммы.

Цементит имеет сложную кристаллическую  решетку. Температура плавления цементита около 12500С. Полиморфных превращений не испытывает, но при низких температурах слабо ферромагнитен.  Цементит имеет высокую твердость (НВ-8000МПа), но практически нулевую пластичность. Цементит соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение для получения высокоуглеродистых сплавов – серых чугунов.

Ж+Ф

А

Ж

А+Ц+Л

А+Ф

115°

1147°

1153°

F

D

K

L

C

E

Ц+Л

Ф

Ф+ЦIII

Ф+П

А+ЦII

Ц+П

Ж+ЦI

Ц+Л

S

M

G

П+Ц+Л

Л

Ж+А

t,°C

1539

1500

1400

1300

1200

1100

1000

911

900

800

700

600

Q  0,02        0,8  1                      2 2,14               3                      4      4,3            5                       6            6,67  С,%

            10             20             30             40             50             60             70             80             90           Fe3С,%

Рис. 1 Диаграмма «Железо-углерод (цементит)»

D'

F'

К'

Е'

B

Ф

Ф+А

J

H

P

738°

727°

C

Графит − углерод в свободном состоянии, имеет гексагональную кристаллическую решетку, низкую прочность, мягок, электропроводен, химически стоек.

В сплавах Fe-C существуют две высокоуглеродистые фазы: метастабильная – цементит и стабильная – графит. Поэтому различают две диаграммы состояния  - метастабильную железо-цементит и стабильную железо-графит.

Координаты характерных точек диаграммы «железо-цементит» приведены в таблице  1. 

Таблица 1.

Критические точки диаграммы «Железо-углерод»

Обозначение точки

Т0С

С,%

А

1539

0

Н

1499

0.1

I

1499

0.16

B

1499

0.51

N

1392

0

D

1250

6.67

E

1147

2.14

C

1147

4.3

F

1447

6.67

G

911

0

P

727

0.02

S

727

0.8

K

727

6.67

Q

600

0.01

L

600

6.67

Точка А определяет температуру плавления чистого железа, точка D – цементита. Точки N и G соответствуют температурам полиморфных превращений железа. Точки Н и P характеризуют  предельную концентрацию углерода  соответственно   в высокотемпературном и низкотемпературном феррите. Точка Е определяет наибольшую концентрацию углерода в аустените.

Превращения в сплавах системы FeFe3C происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии.

Первичная кристаллизация идет в интервале температур, определяемых линиями ABCD (ликвидус) и AHIECF (солидус).

Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите, при понижении температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ES и PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените (ES) и феррите (PQ).

В системе  FeFe3C происходят три изотермических превращения:

- t – 14990 С, линия HIB – перитектическое превращение.

ФН + ЖВ → АI;

- t – 11470 С, линия ECF – эвтектическое превращение

ЖС → АЕ + Ц;

- t – 7270 С, линия PSK – эвтектоидное превращение

АS → ФР + Ц → П.

Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом, эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом.

Следовательно в системе Fe-Fe3C существуют следующие фазы:

- жидкость- жидкий раствор углерода в железе, существующая выше линии ликвидус, обозначается буквой Ж;

-цементит- Fe3C, обозначается буквой Ц;

-феррит- твердый раствор углерода в Feα, обозначается буквой Ф, расположен левее линии AHN и GPQ;

-аустенит- твердый раствор углерода в Feγ,  обозначается буквой А, область расположения NIESG.

Структурными составляющими данной системы являются: феррит (Ф), аустенит (А), цементит (Ц), перлит (П), ледебурит (Л).

Феррит мягкая, пластичная фаза (σв=300МПа, δ-40%, ψ-70%, HB-800-1000 МПа). Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите 0,02 % (P), в высокотемпературном-0,1 % (H). Феррит магнитен до 768 0С ( линия МО).

Аустенитпластичен, (δ - 40-50%, НВ = 1000 МПа), не магнитен. Предельная концентрация углерода достигает 2,14% (Е).

Перлитчаще всего имеет пластичное строение и является прочной структурной составляющей (σв-800-900МПа, δ<16%,
ψ-70%,
HB-1800-2200МПа).

Ледебуритпри охлаждении до температур ниже линии SK, аустенит, входящий в него превращается в перлит. Ледебурит ниже линии SK (727 0С) представляет собой смесь перлита и цементита. Ледебурит имеет высокую твердость HB>6000 МПа, но хрупок.

Железоуглеродистые сплавы подразделяют на стали и чугуны.

Стали – сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С.

Чугуны – сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 % С.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65310. Несуча здатність буронабивних паль у вапняку-черепашнику 26.72 MB
  Зведення будинків підвищеної поверховості з багатоярусними підземними приміщеннями а також підсилення фундаментів викликають необхідність використання вапнякучерепашнику у якості основ різних видів фундаментів і в першу чергу із буронабивних паль.
65311. Розвиток теоретичних основ отримання якісних виливків з мідних та нікелевих сплавів в умовах керованої кристалізації 314.5 KB
  Отриманню якісних виливків в умовах керованої кристалізації заважала недостатність відомостей про формування теплових потоків у вказаній системі про теплофізичні властивості матеріалів...
65312. Логістичне управління транспортним обслуговуванням системи «металургійне підприємство – порт» у реальному режимі часу 272 KB
  Тому ефективність логістичного управління транспортним обслуговуванням вантажопотоків у місцях перевалки через морські порти є одним з найважливіших напрямків науково-технічного прогресу на транспорті.
65313. Заплавне ґрунтотворення і ґрунти заплави р. Західний Буг 157.5 KB
  Особливості формування ґрунтового покриву і властивості ґрунтів визначаються характером прояву елементарних ґрунтових процесів в заплаві, динамічністю алювіальних та седиментаційних процесів.
65314. ОБҐРУНТУВАННЯ ТА ПРИНЦИПИ ІНДИВІДУАЛЬНОГО ВИБОРУ ЗАСОБІВ ГІГІЄНИ ПОРОЖНИНИ РОТА ПРИ КАРІЄСІ ЗУБІВ 184 KB
  Карієс є основною причиною передчасної втрати зубів і тому це найбільш досліджувана стоматологічної патологія. Найсучасніші дані свідчать про те, що поширеність карієсу як і раніше залишається високою...
65315. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ФУНКЦІОНУВАННЯ ПЕРЕДАВАЛЬНИХ ЗАЛІЗНИЧНИХ СТАНЦІЙ В УМОВАХ ЗМІШАНИХ ТА ІНТЕРМОДАЛЬНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ 713.65 KB
  Однак важливими ланками у забезпеченні перевізного процесу є залізничні станції. При виконанні змішаного перевезення в міждержавному сполученні вантажі крім технічних станцій проходять прикордонні передавальні станції де з ними виконується ряд технічних та організаційних операцій.
65316. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ПОДАТКОВОЇ ЗАСТАВИ В УКРАЇНІ 185 KB
  З метою забезпечення виконання податкового обовязку платників податків в Україні на законодавчому рівні визначено право податкової застави. Серед цих пріоритетів всі з яких мають важливе значення особливу увагу приділено податковій реформі покращенню...
65317. Наукомісткість виробництва і структурні трансформації в промисловості 416.5 KB
  Сучасний етап розбудови глобальної економіки характеризується зміною укладної основи технологічного розвитку економічної системи. Важливим світовим науковим доробком стали результати ґрунтовного аналізу причин що індукують довгохвильову динаміку економічного розвитку...
65318. УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЕКТУВАННЯ ПОЗДОВЖНЬОГО ПРОФІЛЮ НА ОСНОВІ ЗАСТОСУВАННЯ КРИВИХ ЗМІННОГО РАДІУСА 3.52 MB
  Розробити метод проектування червоної лінії поздовжнього профілю автомобільних доріг на основі застосування кривих змінного радіуса з визначенням координат в межах від нескінченності...