4167

Диаграмма состояния Fe-C

Контрольная

Химия и фармакология

Диаграмма состояния Fe-C Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов на оси ординат от...

Русский

2012-11-13

31.13 KB

70 чел.

Диаграмма состояния Fe-C

Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - Fе3С приняты международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными - диаграмма состояния железо - графит {стабильная).

Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе3С), так как свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.

Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать в сплавах в виде графита.

В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.

Феррит может иметь две модификации - высоко- и низкотемпературную. Высокотемпературная модификация -Fe и низкотемпературная - -Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в - и - железе.

Предельное содержание углерода в -Fe при 723°С -0,02%, а при 20°С - 0,006%. Низкотемпературный феррит -Fe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С:

= 250 МПа;

- 50%;

= 80%;

твердость - 80...90 НВ.

Аустенит -Fe - твердый раствор углерода в -железе. Предельная растворимость углерода в -железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160...200 НВ.

Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i растяжение очень мала ( =40 МПа).

В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).

Ледебурит является смесью двух фаз -Fe + Fе3С, образующихся при 1130°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.

Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталях -карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):

=800...900 МПа;

< 16%;

НВ 180..,220.

Диаграмма состояния Fe - Fе3С (рис. 1) является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).

Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.

Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).

В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь - ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны).

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%С).

В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита, а по линии SE - вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS -нижних критических точек.

В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.

В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 723°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - перлит.

Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.

Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).

Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на рис. 1 пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).

На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):

стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;

чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.

В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:

• менее 0,83 - доэвтектоидные стали;

0,83 - эвтектоидные стали;

0,83...2 - заэвтектоидные стали;

• 2...4,3 - доэвтектические чугуны;

4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34610. Европейские морские экспедиции XV века. Христофор Колумб 15.04 KB
  Христофор Колумб Успехи португальцев вызвали интерес к морским экспедициям в соседней Испании. Исходя из представления о шарообразности Земли мореплаватель Христофор Колумб предлагал попытаться достичь Индии плывя на запад по Атлантическому океану. Испанское правительство выделило ему три каравеллы самая большая водоизмещением 280 т и в 1492 экспедиция под руководством Колумба достигла одного из Багамских островов открыв тем самым Америку. Колумб умер в 1506 будучи в полной уверенности что открыл новый путь в Индию.
34611. История Нью Йорка 34.5 KB
  История Нью Йорка Считается что первые люди появились на территории современного НьюЙорка более 11 тысяч лет назад. Тихий и размеренный этап истории НьюЙорка продолжался до 1524 года когда в гавань НьюЙорка прибыл Джованни Верразана.Таким образом город НьюЙорк получил свое современное название. После начала войны за независимость к НьюЙорку подошли 500 английских кораблей с 32тысячной армией под командованием генерала Уильяма Хоу.
34612. Пуритане в Америке 13.69 KB
  Пуритане надеялись построить в Новой Англии Град на холме идеальное общество. Пуритане считали что государство должно насаждать религиозную мораль. Хотя сами они искали религиозной свободы пуритане отличались крайней нетерпимостью в вопросах морали.
34613. Америка в XVIII веке: Просвещение, иммиграция, предпосылки Войны за независимость 16.84 KB
  Основным проводником просветительских идей в колониальной Америке XVIII в. в Америке возникают университеты. Предпосылки войны за независимость Война североамериканских колоний за независимость 1775 1783 явилась закономерным результатом тех сложных процессов которые происходили как в Америке так и в самой Англии. когда английский главнокомандующий в Америке генерал Гейдж распорядился захватить склад оружия устроенный патриотами недалеко от Бостона и арестовать лидеров заговорщиков.
34614. Война за независимость 24.47 KB
  Ход войны 17 апреля 1775 года произошло первое вооруженное столкновение между британскими войсками и американскими сепаратистами. Британские войска заперлись в Бостоне. Однако британские войска отразили вторжение. Британские войска перешли в наступление.
34615. Образование Демократической и Республиканской партий в США 21.76 KB
  Республиканская политическая партия является более консервативной чем демократическая не имеет постоянного членства 23 избирателей США считают себя республиканцами. После победы северян и их лидера Авраама Линкольна в классовой борьбе республиканцы почти 40 лет непрерывно правили США. Люди из команды Рональда Рейгана правили США до 2009года.
34616. Реформистское движение при президентах Т. Рузвельте и В. Вильсоне. Американский империализм 18.72 KB
  В своей политике Рузвельт исходил из необходимости увеличения роли государства считая что огромной власти корпораций необходимо противопоставить еще большую власть правительства. Реформаторская деятельность Рузвельта была начата шумной кампанией против злоупотреблений трестов. За ним пришла очередь судебных процессов против треста скотобоен Чикаго табачного и сахарного трестов и других крупных монополистических объединений. Рузвельт добился ускорения судопроизводства по делам о нарушении антитрестовского законодательства и открытие дел...
34617. Ревущие двадцатые 19.76 KB
  Экономика: фермеры и горнорудная промышленность переживали трудные времена после войны но экономика США быстро перестроилась на мирное производство Америка стала самой богатой страной мира промышленность обеспечивала массовое производство общество привыкло к потребительству солдаты после войны получили жалованье за службу прекращение заказов поначалу вызвало в экономике депрессию но по мере возвращения демобилизованных солдат в мирную жизнь она прекратилась предложение превышало спрос низкие цены на товары стимуляция продаж...
34618. «Новый курс» Ф.Рузвельта 18.18 KB
  В принятом Чрезвычайном законе о банках предусматривалось возобновление функций и получение правительственных кредитов займов из федеральной резервной системы хотя это разрешалось только наиболее крупным банкам. был принят один из двух наиболее важных законов закон о восстановлении национальной промышленности НИРА. Закон о восстановлении промышленности вводил систему государственного регулирования этого подразделения экономики. Во втором и третьем разделах закона...