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

57 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

70931. Виробнича інфраструктура 248 KB
  Прикладом є виробництво різних видів енергії та тепла деталей для ремонту обладнання технологічного оснащення та інструменту. Виробнича програма енергетичного цеху в натуральних показниках охоплює такі види робіт: виробництво та розподіл електричної енергії в умовах...
70932. Витрати виробництва 112.5 KB
  Залежність витрат від зміни обсягів господарської діяльності Обсяг господарської діяльності Змінні витрати Постійні витрати Витрати по підприємству разом по підприємству на одиницю продукції разом по підприємству на одиницю продукції разом по підприємству на одиницю...
70933. Фінансове планування і контроль на підприємстві 162.5 KB
  Перелік основних бюджетів підприємства за їхнім цільовим призначенням Операційні Фінансові бюджет доходу; бюджет виробництва продукції виробнича програма; бюджет прямих матеріальних витрат; бюджет обсягів придбання матеріалів; бюджет витрат на оплату праці; бюджет загальновиробничих витрат...
70934. Планування і контроль оновлення продукції 134 KB
  В умовах ринкової економіки планування виробничої діяльності підприємства орієнтується на максимальне задоволення попиту потенційних споживачів продукції (робіт, послуг). Протягом свого життєвого циклу продукція на ринку переживає декілька етапів.
70935. Організаційно-технічний розвиток підприємства 91 KB
  Виробничий процес на промисловому підприємстві здійснюється постійно в усіх його підрозділах. Технічний же прогрес залежно від обсягу наявних ресурсів та технічної політики відбувається періодично. Однак, загалом для підприємства він повинен носити безперервний характер.
70936. Бізнес-планування 81.5 KB
  В умовах ринкової економіки будь-яку підприємницьку ідею – від формулювання власне задуму до втілення, – реалізують за планом, який прийнято називати бізнес-план. За цільовою орієнтацією розрізняють такі види бізнес-планів: на залучення грошових коштів для створення нового підприємства...
70937. Предпринимательский бизнес: субъекты и формы 96.5 KB
  Субъекты предпринимательской деятельности в РФ. Субъекты бизнеса руководствуясь деловыми интересами могут заниматься любыми типами и видами деловой деятельности не запрещенной законом. Под субъектом бизнеса понимается функциональная принадлежность данного субъекта...
70938. Виды предпринимательского бизнеса 115.5 KB
  Производственный бизнес возникает там где субъекты деловой деятельности организуют работу по созданию новых товаров. Объектами производственного бизнеса являются создание материальных благ и оказание услуг производственного назначения.
70939. Организация нового бизнеса 38 KB
  На начальной стадии деятельности предприниматель сталкивается со многими проблемами. Определив хозяйственную нишу предприниматель может определить специализацию будущего предприятия для него необходимо более детально оценить возможности будущих потребителей узнать всю возможную...