94339

Діаграма стану системи сплавів залізо-вуглець

Доклад

Производство и промышленные технологии

Вуглець, взаємодіючи із залізом, може утворювати тверді розчини та хімічні сполуки. Діаграма залізо-вуглець має складний вигляд, це пояснюється гим, що залізо, яке утворює алотропічні модифікації, визначає при зміні температури структурні перетворення у твердому стані залізовуглецевих сплавів.

Украинкский

2015-09-11

35.83 KB

0 чел.

Діаграма стану системи сплавів залізо-вуглець

Залізо і вуглець, як компоненти системи залізо-вуглець, можуть утворювати ряд хімічних сполук (Ре3С, Ре2С, РеС), тому загальна система залізо-вуглець складається з ряду окремих систем, в яких хімічні сполуки відігра-оть роль компонентів.

На практиці застосовуються залізовуглецеві сплави, в яких вміст вугле-дю не перевищує 5%. Тому практичне значення має тільки частина загальної :истеми, в якій кількість вуглецю не перевищує 6,67%. Це система залізо-дементит, що містить Ре3С.

Вуглець, взаємодіючи із залізом, може утворювати тверді розчини та хімічні сполуки. Діаграма залізо-вуглець має складний вигляд, це пояснюється гим, що залізо, яке утворює алотропічні модифікації, визначає при зміні тем-іератури структурні перетворення у твердому стані залізовуглецевих сплавів.

Компоненти, фази і структурні складові системи залізо-вуглець.

Перш ніж розглядати діаграму залізо-вуглець у загальному вигляді, важливо розглянути компоненти, фази і структурні складові, що утворюються в залізовуглецевих сплавах.

Компонентами, що утворюють систему залізо-вуглець, є залізо, вуглець та цементит.

Залізо метал сріблясто-білого кольору, атомний номер 26, атомний радіус 1,27 А, температура плавлення 1539°С. Залізо має чотири алотропічні модифікації. Графік охолодження чистого заліза представлений на рис. 2.1. Закристалізоване при температурі 1539°С залізо утворює об'ємноцентровану кубічну решітку і називається 5-залізом (Ре5). При температурі 1392°С з 5-заліза утворюється у-залізо (Рег), що має гранецентровану кубічну решітку. При температурі 91ГС у-залізо перетворюється в Р-залізо (Рер), яке при температурі 768°С в свою чергу, перетворюється в а-залізо (Реа). Обидві модифікації (Рер і Реа) мають об'ємноцентровану кубічну решітку, але на відміну від р-залізо, а-залізо має феромагнітні властивості.

Рис. 2.1. Крива охолодження чистого заліза

 Густина алотропічних модифікацій заліза різна: якщо густина а-заліза дорівнює 7,68 г/см3, то густина у-заліза, отримана екстраполіруванням при 20°С, зростає до 8,10 г/см3. Чисте залізо характеризується суттєвою пластичністю і невисокою твердістю (~~НВ 60).

Вуглець — неметалевий елемент, атомний номер 6, атомний радіус 0,77А, температура плавлення 3500°С. Він може існувати в аморфному і кри-


сталічному станах, а також утворює алотропічні модифікації, основними з яких є алмаз та графіт.

У залізовуглецевих сплавах вуглець присутній у твердих розчинах, в хімічно зв'язаному стані (цементиті), а в сплавах з високим вмістом вуглецю може виділятися у вигляді графіту.

Цементит хімічна сполука заліза з вуглецем (карбід заліза РезС), в якому міститься 6,67% вуглецю, має складну щільнозапаковану ромбічну кристалічну решітку. Температура плавлення цементиту близько 1600°С. Алотропічних перетворень цементит не зазнає, але при низьких температурах має феромагнітні властивості, які втрачає при нагріванні вище 210 °С. Цементит є метастабільною (нестійкою) фазою і у сплавах з високим вмістом вуглецю за певних умов розпадається з виділенням вуглецю у вигляді графіту. Цементит відрізняється надзвичайно низькою, практично нульовою, пластичністю і дуже високою твердістю (~ НВ 800).

До фаз, які утворюються в системі залізо-вуглець, відносяться: рідкий сплав, аустеніт, ферит, цементит і графіт.

Рідкий сплав фаза, що є рідким розчином вуглецю в залізі. У рідкому стані залізо з вуглецем утворюють рідкий розчин з необмеженою розчинністю.

Аустеніт твердий розчин (укорінення) вуглецю в у-залізі. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті досягає 2,14% при температурі 1147°С.

Із зниженням температури розчинність вуглецю різко знижується і при температурі 727°С складає всього 0,81 %.

Ферит твердий розчин (укорінення) вуглецю в а-залізі. Розчинність вуглецю у фериті значно нижча, ніж в аустеніті; це пояснюється тим, що а-залізо має об'ємноцентровану кристалічну решітку, в якій центр куба зайнятий атомом заліза. Максимальна розчинність вуглецю у фериті при температурі 727°С складає 0,02%, а при кімнатній температурі не перевищує 0,006%. Ферит м'яка і пластична фаза, його твердість ~ НВ 80.

Цементит, будучи компонентом системи, також є і фазою, оскільки однорідний за своїм складом та властивостями і має чітко виражену межу розділу.

Графіт як фаза зустрічається в сплавах з високим вмістом вуглецю (в чавунах) і має звичайну гексагональну кристалічну решітку. Графіт м'який і має низьку міцність, електропровідність.

Структурні складові — ледебурит і перліт — утворюються з фаз системи і є механічними сумішами.

Ледебурит — механічна суміш аустеніту і цементиту, що містить 4,3% вуглецю і кристалізується при постійній температурі 1147°С. Отже, ледебурит є евтектикою, що включає дві фази: аустеніт і цементит. При охолодженні нижче 727°С ледебурит видозмінюється. Видозмінений ледебурит є механічною сумішшю цементиту і перліту, на який перетворюється аустеніт. Твердість видозміненого ледебуриту коливається від НВ 530 до НВ 550.Перліт — механічна суміш фериту і цементиту, що містить 0,81% вуглецю і утворюється при постійнійтемпературі 727°С з аустеніту при його охолодженні. Перліт має всі властивості евтектики, але на відміну від ледебуриту називається евтектоїдом, оскільки утворюється з твердого, а не з рідкого розчину. Перліт зазвичай має пластинчасту буДову (цементит виділяється у вигляді пластин). Твердість перліту становить ~ НВ 180. Проте в залізовуглецевих сплавах може зустрічатися й інший різновид перліту — зернистий перліт, у якого в результаті спеціальної термічної обробки (відпал на зернистий перліт) цементитні включення коагулюються і набувають округлу (зернисту) форму. Зернистий перліт дещо м'якший і пластичніший пластинчастого перліту.

 Побудова діаграми стану сплавів системи залізо-вуглець

Діаграма стану сплавів заліза з вуглецем (рис. 2.2) будується в звичайних координатах: температура Г, °С — концентрація, %. Точки А і В вказують температури затвердіння (плавлення) відповідно чистого заліза та цементиту. Крива АСИ лінія ліквідує, вище за яку всі сплави знаходяться в рідкому стані. Нижче за лінію АС з рідкого сплаву виділяється аустеніт, а нижче лінії СО - цементит, що називається первинним. Крива А ЕС Г лінія солідус; нижче цієї лінії всі сплави знаходяться в твердому стані. Точка Е на лінії солідус характеризує граничну розчинність вуглецю (2,14%) в аустеніті при температурі 1147°С. Лінія ЕСЕ лінія евтектичного перетворення, на якій з рідкого сплаву одночасно кристалізуються частинки аустеніту з граничною концентрацією вуглецю і цементиту, утворюючи евтектичну суміш — ледебурит. Точка С характеризує алотропічне перетворення заліза Реу<-»Рер при температурі 911°С. Лінія Е5> показує зменшення розчинності вуглецю в аустеніті із зниженням температури (від 2,14% при температурі 1147°С до 0,81% при температурі 727°С). Нижче за цю лінію з аустеніту виділяється цементит, що називається вторинним, оскільки утворюється з твердого розчину — аустеніту. Первинний і вторинний цементити нічим не відрізняються один від одного, але називаються вони по-різному, щоб підкреслити відмінність характеру утворення.

Лінія С5 характеризує початок виділення фериту з аустеніту при охолодженні доевтектоїдних сплавів. Точка Р характеризує граничну розчинність вуглецю в а-залізі (0,02%) при температурі 727°С. На лінії Р8К відбувається перетворення аустеніту при постійній температурі 727°С в евтектоїд, що складається з фериту і цементиту.

Оскільки аустеніт міститься і в сплавах, що мають більше 2,14% вуглецю, тому в аустеніті цих сплавів відбуватимуться аналогічні перетворення, як і в сплавах, що містять менше 2,14% вуглецю. У момент закінчення затверді-вання вміст вуглецю в аустеніті відповідатиме 2,14%. При охолодженні нижче лінії ЕСЕ з нього почне виділятися вторинний цементит і при досяганні лінії Р5К концентрація вуглецю в аустеніті

 

Області діаграми стану сплавів системи залізо-вуглець

Вся діаграма ділиться на дві великі області: сталі сплави, що містять до 2,14% вуглецю, і чавуни сплави, в яких вуглецю міститься від 2,14% до 6,67%.

Сталі поділяються на доевтектоїдні, що містять до 0,81% вуглецю, і зае-втектоїдні, у яких вміст вуглецю знаходиться в межах 0,81-2,14%. Сталь, що містить 0,81 % вуглецю, називають евтектоїдною.

Мікроструктура доевтектоїдної сталі являє собою зерна фериту і перліту. Із збільшенням вмісту вуглецю кількість перліту збільшується і при вмісті вуглецю 0,81 % (у евтектоїдній сталі) структура буде складатися тільки із зерен перліту. У заевтектоїдній сталі разом з перлітом в мікроструктурі з'являється цементит (вторинний).

Твердість та інші механічні характеристики сталей змінюються за лінійним законом, оскільки мікроструктура сталі є механічною сумішшю двох фаз: фериту і цементиту.

Перетворення у верхній лівій частині діаграми не розглядаються, оскільки ці перетворення особливо важливого практичного значення не мають. Структура і класифікація чавунів будуть розглянуті нижче в розд. 2.3 «Чавуни».

знизиться до 0,81%. Подальше охолодження приведе до перетворення аустеніту на перліт.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32697. Реклама в системе маркетинговых коммуникаций 137 KB
  Система маркетинговых коммуникаций – это комплекс различных инструментов, целью которых является установление связи между компанией – производителем товаров или услуг и покупателем.
32698. Развитие внимания 441 KB
  В настоящее время стали первостепенными проблемы развития внимания и проведения психокоррекционной работы с людьми, имеющими нарушения внимания. Однако рекомендации для практических психологов по данным вопросам относятся в основном к начальной школе и не освещают опыт
32699. Разработка программного обеспечения для построения статистической модели методом наименьших квадратов 3.21 MB
  Обработка экспериментально полученной зависимости состоит в проведении по зарегистрированным точкам теоретической кривой, рассчитанной для заданного набора численных значений параметров. Варьируя параметры, добиваются наилучшего совпадения теоретической кривой с экспериментальными данными.
32700. ПРОТИВОМАЛЯРИЙНЫЕ СРЕДСТВА 106 KB
  Возбудитель: малярийный плазмодий который имеет два цикла развития → бесполый шизогония в организме человека полый спорогония в теле комара СХЕМА: Противомалярийные средства отличаются по химическому строению и по влиянию на различные формы плазмодиев. Комар Зигота ♂ ♀ созревание Спорозойды...
32701. Планирование экономических показателей работы зоны ТР 318.5 KB
  Соответствие развития транспорта общим направлениям социально – экономического развития страны, что необходимо для своевременного удовлетворения спроса на перевозки пассажиров и грузов; опережающее развитие транспортной отрасли по сравнению с другими отраслями экономики, что позволит смягчить ограничения, накладываемые транспортом на производство, сферу обращения и социальную сферу...
32702. Системы учета затрат в управленческом учете на примере ОАО РГИЛК «Агролизинг» 334.5 KB
  Рассмотреть и изучить основные системы учета затрат, основные преимущества и недостатки данных систем, исследовать классификацию затрат для определения себестоимости, оценки стоимости запасов и полученной прибыли, рассмотреть перспективы развития системы учета затрат
32703. Виявлення інноваційних технологій при виробництві солодких соусів на підприємствах України 470.5 KB
  Тема інноваційні технології солодких соусів сьогодні є актуальною. Серед продукції ресторанного господарства окремий сегмент складають соуси, які сприяють кращому засвоєнню харчових нутрієнтів організмом людини, розширюють асортимент і підвищують харчову цінність страв.
32704. ВЯЖУЩИЕ СРЕДСТВА 65.5 KB
  ВЯЖУЩИЕ СРЕДСТВА Данные вещества вызывают обратимое осаждение коагуляцию белков с образованием плотных альбуминатов. Вяжущие средства ВС наносят на слизистые оболочки или раневую поверхность. Вяжущие средства Органические Неорганические растит.
32705. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЭФФЕРЕНТНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 145 KB
  Открываются N – каналы и N устремляется внутрь клетки по градиенту концентрации деполяризация мембраны; возникает потенциал действия; К выходит. Прямого типа действия Непосредственно взаимодействуют с постсинаптическими рецепторами вызывая их стимуляцию М1Н – ХМ АцетилхолиноСl Карбахолин МХМ Пилокарпина г хлорид Ацеклидин НХМ Цитизин Цититон Лобелин 2. Непрямого типа действия антихолинэстеразные средства 2.1 МНХМ обратимого действия Физостигмин Неостигмин прозерин Пиридостигмин калимин Дистигмин убретид Амбеноний...