ЗАЛІЗВУГЛЕРОДИСТІ СПЛАВИ - Студопедія
Кристалізація та формування структури сплавів
На відміну від сталей структура чавуну характеризується наявністю евтектики, що складається з аустеніту та цементиту.
Первинна кристалізація сталі. На рис. 1 показаний верхній ділянку спрощеної діаграми Fe-Fe3C.
Мал. 1 . Верхня ліва ділянка спрощеної діаграми стану залізо-цементит. а) Первинна кристалізація сплавів до 2,14 % С (сталей); б) крива охолодження металу 1
У сталях із рідкої фази кристалізується аустеніт. Склад рідкої фази змінюється проекції лінії АС на вісь концентрацій, твердої фази проекції лінії АЕ.
(Евтектоїдна суміш фериту і цементиту називаєтьсяперлітом).
Розглянемо структуроутворення кількох груп сплавів. На рис. 18 наведена ліва нижня частина діаграми стану залізо-цементит з кривими охолодження типових сплавів та мікроструктурою.
У цьому випадку при охолодженні аустеніту є лише одна критична точка Аs, що відповідає температурі 727 °С. При цій температурі аустеніт знаходиться в рівновазі з феритом та цементитом:
Аs Фp+ Ц ( )
Евтектоїдний розпад аустеніту складу точки S (0,8 %З) на ферит складу точки Р (0,025 %З) і цементит відбувається при деякому переохолодженні, тобто. нижче за 727 °С. Евтектоїдна суміш фериту з цементитом називаєтьсяперлітом. Співвідношення фериту та цементиту в перліті становить приблизно 7,3:1.
Підрахунок ведеться за правилом важеля, дещо нижче евтектоїдної лінії:
Нижче цієї температури відбувається евтектоїдне перетворення. У рівновазі є три фази: ферит складу точки Р, аустеніт складу точки S, цементит. Оскільки кількість ступенів волі дорівнює нулю, тобто. є нонваріантна рівновага, топроцес протікає при постійному складі фаз. На кривих охолодження чи нагрівання спостерігається температурна зупинка. Таким чином, структура доевтектоїдної сталі характеризується надмірними кристалами фериту та евтектоїдною сумішшю фериту з цементитом, званої перлітом. Кількісні співвідношення фериту та перліту залежать від складу сплаву. Чим більше вуглецю в доевтектоїдної сталі, тим більше в структурі її перліту і, навпаки, чим менше вуглецю, тим більше фериту і менше перліту. При подальшому охолодженні внаслідок зміни розчинності вуглецю у фериті (відповідно до лінії РQ) виділяється третинний цементит. Однак у структурі виявити його за наявності перліту неможливо.
Мал. 2. Ліва нижня ділянка діаграми стану залізо-цементит. Вторинна кристалізація сплавів: а) діаграма, б), в), г), д), е) криві охолодження сплавів
Нижче 727 °С відбувається евтектоїдне перетворення: аустеніт складу точки S (0,8 % С) розпадається на суміш фериту складу точки Р (0,025 % С) та цементиту. Таким чином, структура заевтектоїдної сталі характеризується зернами перліту та вторинного цементиту.
У реальній сталі з 1,2% С (У12) кількість вторинного цементиту становить лише близько 6%.
При повільному охолодженні цементит зазвичай розташовується у вигляді тонкої оболонки. У розрізі це виглядає як сітка цементиту. Більш сприятливою формою цементиту є зерниста, вона призводить до значного зниження пластичних властивостей стали.
Чавуни.Всі перетворення в білих чавунах, починаючи від затвердіння і до кімнатних температур, повністю проходять за метастабільною діаграмою Fe-Fe3C. Наявність цементиту надає зламу світлий блискучий колір, що спричинило термін “білий чавун”. Незалежно від складу металуобов'язковою структурною складовою білого чавуну є цементитна евтектика(ледебурит). На рис. 19 зображено структурну діаграму рівноваги залізо-цементит і криві охолодження типових сплавів.
Евтектичний білий чавун.Розглянемо процеси затвердіння, формування первинної структури та подальших структурних перетворень у твердому стані сплаву евтектичного складу з 4,3 % С (сплав 1 рис. 3).
Доевтектичні білі чавуни. Залізовуглецеві сплави складу 2,14 – 4.3 %З називаються доевтектичними білими чавунами. Розглянемо процес кристалізації та вторинних перетворень на прикладі сплаву П рис.3. Від температури дещо нижче лінії ліквідус АС до 1147 °З рідини виділяються кристали аустеніту. Аустеніт кристалізується у формі дендритів, які, як правило, мають хімічну неоднорідність, звану дендритну ліквацію. Склад рідкої фази змінюється по лінії ліквідус, прагнучи евтектичного, а твердої по лінії солідус, прагнучи складу точки Е. При температурі 1147 °С концентрація рідкої фази досягає точки С (4,3 % С), а аустеніту – точки Е (2 14% С). З рідини евтектичного складу утворюється суміш аустеніту і цементиту -ледебурит1147 °С.
Таким чином, нижче евтектичної лінії ЕСF структура характеризується надлишковими кристалами аустеніту та евтектикою (ледебуритом). При охолодженні від 1147 до 727 °С склад аустеніту безперервно змінюється по лінії ЕS, при цьому виділяєтьсявторинний цементит(Цвторинн.). Вторинний цементит виділяється як із надлишкового аустеніту, так і з аустеніту евтектики. Однак, якщо вторинний цементит, що виділяється з аустеніту евтектики, приєднується до евтектичного цементиту, то з надлишкового аустеніту він виділяється у виглядіоболонок навколо дендритів аустеніту і є самостійною структурною складовою.
Нижче 727 ° С весь аустеніт: і надлишковий, і той, що входить до складу евтектики - зазнає евтектоїдного перетворення, при якому утворюється перліт. Таким чином, нижче 727 ° С структура доевтектичного білого чавуну характеризується наступними структурними складовими: надлишковим перлітом (колишнім аустенітом), перетвореним ледебуритом, що складається з перліту і цементиту і вторинним цементитом. Структура реального доевтектичного білого чавуну зображено на рис. 3 ст. Що ближче склад сплаву до евтектичного, то більше в ньому евтектики – ледебуриту.
Рис.3. Діаграма стану "залізо-цементит" (структурна) та кристалізація білих чавунів. а) – діаграма, б), в), г) – криві охолодження сплавів зі схемами мікроструктур за нормальної температури
Індивідуальне завдання №2
Діаграма системи Fe-Fe3C
У таблиці 1 наведено вихідні дані для виконання другого індивідуального завдання, вказано масову частку вуглецю (колонка 2 табл.).
Варіанти заданих сплавів
| № варіанта | % вуглецю (за масою) | № варіанта | % вуглецю (за масою) | № варіанта | % вуглецю (за масою) |
| 5,0 | 0,1 | 4.5 | |||
| 4,3 | 3,5 | 0,6 | |||
| 1,0 | 0,9 | 0,25 | |||
| 3,0 | 0.022 | 1,1 | |||
| 0,8 | 0.018 | 4,7 | |||
| 0,4 | 2,0 | 0,5 | |||
| 1,3 | 2,8 | 1,2 | |||
| 2,2 | 0.35 | 0,9 | |||
| 5,5 | 0,7 | 0,05 | |||
| 0,012 | 1,8 | 0,045 |
Порядок виконання завдання
1. Відповідно до номера Вашого варіанта виписати з табл. 1 масову частку вуглецю контрольного металу.
2. На аркуші формату А4 викреслити діаграму стану Fe-Fe3C. Позначити структурні складові у всіх галузях діаграми.
3. Нанести на діаграму фігуративну лінію контрольного металу, виконати побудову необхідних конод.
4. Побудувати криву охолодження контрольного металу. Дати докладний опис мікроструктури при повільному охолодженні. Навести необхідні реакції.
5. Вказати до якої групи залізовуглецевих сплавів він відноситься, по можливості навести марку розглянутого сплаву, його застосування.
6. Схематично зобразити мікроструктуру сплаву в інтервалі температур первинної кристалізації та при кімнатній температурі. На малюнку відзначають структурні складові.
Звіт за індивідуальним завданням виконується за встановленою формою.
Контрольні питання захисту завдання
1. Яке перетворення відбувається у залізовуглецевих сплавах при температурі 1147 °С? 2. Яке перетворення відбувається в залізовуглецевих сплавах за температури 727 °С? 3. Який фазовий склад мають сталі після завершення процесу первинної кристалізації? 4. Який фазовий склад мають сталі за кімнатної температури? 5. Чим відрізняється ледебурит від ледебуриту перетвореного? 6. Чим відрізняються структурні складові цементит первинний, цементит вторинний, цементит третинний? 7. Назвіть усі характерні точки діаграми та їх загальноприйняті міжнародні позначення. 8. Яким чином відрізняються позначення критичних точок при нагріванні та охолодженні? 9. Назвіть стабільну та метастабільну модифікаціївуглецю. 10. Назвіть характеристики точок та ліній діаграми. 11. Що називають перлітом? 12. Що називають ледебуритом? 13. Що називають аустеніт? 14. Що називають феритом? 15. Чим відрізняються перетворення в твердому стані у доевтектоїдної та заевтектоїдної сталі? 16. Яка фаза первинно кристалізується в білих заевтектичних чавунах? 17. Намалюйте фазову діаграму залізо-цементит. 18. Як називається чавун у якому весь вуглець перебуває у зв'язаному стані у вигляді карбіду? 19. Яка фаза первинно кристалізується у доевтектичних білих чавунах? 20. Який метал називають технічним залізом?
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: