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

19132. ДОПУСТИМАЯ МОЩНОСТЬ ТВЭЛА И ТВС 374.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 12 ДОПУСТИМАЯ МОЩНОСТЬ ТВЭЛА И ТВС Допустимая мощность твэлов и ТВС в стационарных условиях эксплуатации определяется: предельными температурами эксплуатации оболочки твэла и элементов конструкции ТВС: предельными температурами эксплуатации
19133. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТВЭЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ 536 KB
  Лекция 13 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТВЭЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ Основы расчета на прочность Расчет на прочность важнейший этап конструирования элементов активной зоны ядерного реактора: на его основе выбираются их основные размеры ге
19134. Приближенные методы анализа напряжений и деформаций в оболочке в стационарных условиях эксплуатации твэла 663 KB
  ЛЕКЦИЯ 14 Приближенные методы анализа напряжений и деформаций в оболочке в стационарных условиях эксплуатации твэла В стационарных режимах эксплуатации при наличие зазора на оболочку действует давление равное разнице давлений теплоносителя и смеси газов внутри т
19135. Устойчивость оболочек твэлов энергетических реакторов 177 KB
  ЛЕКЦИЯ 15 Устойчивость оболочек твэлов энергетических реакторов Проблема устойчивости оболочек твэлов актуальна для реакторов с повышенным давлением теплоносителя а именно для реакторов с водяным и газовым охлаждением. Потеря устойчивости возможна при наличие за...
19136. Глобальные проблемы человечества. Мировое потребление энергии. Источники энергии. Экологические проблемы 1.33 MB
  Лекция 1 Глобальные проблемы человечества. Мировое потребление энергии. Источники энергии. Экологические проблемы. Преимущества ядерного топлива. Текущее состояние и тенденции развития ядерной энергетики в мире. 1.1. Глобальные проблемы человечества Глобальными п...
19137. История развития ядерной отрасли в мире и России. Текущее состояние ядерной энергетики в России. Предприятия ядерного топливного цикла 725 KB
  Лекция 2 История развития ядерной отрасли в мире и России. Текущее состояние ядерной энергетики в России. Предприятия ядерного топливного цикла. Планы на развитие ядерной энергетики в России. Проблемы ядерной энергетики. 2.1. История развития ядерной отрасли в мире и ...
19138. Состав атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи. Формула Вайцзекера. Радиоактивный распад. Типы распадов. Закон радиоактивного распада 221.5 KB
  Лекция 3. Состав атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи. Формула Вайцзекера. Радиоактивный распад. Типы распадов. Закон радиоактивного распада. 3.1. Состав атомных ядер. В 1932 г. Иваненко высказал гипотезу что в состав ядра атома входят только два вида элементарны
19139. Определение ядерной реакции. Элементарные частицы. Особенности ядерных реакций с нейтронами. Классификация нейтронов по энергии 150 KB
  Лекция 4. Определение ядерной реакции. Элементарные частицы. Особенности ядерных реакций с нейтронами. Классификация нейтронов по энергии. Сечение ядерной реакции. Микроскопическое и макроскопическое нейтронные сечения. 4.1. Определение ядерной реакции. Ядерная ре
19140. История открытия реакции деления. Осколки деления. Выходы осколков деления. Мгновенные и запаздывающие нейтроны 292 KB
  Лекция 5. История открытия реакции деления. Осколки деления. Выходы осколков деления. Мгновенные и запаздывающие нейтроны. Распределение энергии между продуктами деления. Спонтанное деление. Особенности сечений деления основных делящихся изотопов. 5.1. История откры