Название: Материаловедение - Методические указания (Н.В. Плотникова)

Жанр: Экономика

Просмотров: 4038

2.5. применение диаграммы сплава системы «железо-цементит»

Зная диаграмму состояния сплавов данной системы, можно определить температуру сплава для получения отливок, склонность к ликвации, температурные интервалы горячей обработки давлением (ковка, прокатка, прессование и др.) и температуры нагрева при осуществлении различных видов термической обработки. По диаграмме состояния можно определить структуру сплава в тот или иной момент времени медленного нагрева, выдержки или медленного охлаждения вплоть до комнатной температуры. Кроме того, для любой температуры любого сплава можно указать не только его состояние (расплавленное, полузатвердевшее или полностью затвердевшее), но и фазы его состояния (их количество, процентное соотношение и химический состав).

Рис. 1. Диаграмма состояния Fe-Fe3C

2.5.1. Превращения в сталях

Рассмотрим процессы, проходящие при охлаждении в сплаве, содержащем 0,5 \% С (рис. 2,а). Для описания всех превращений проведем из точки 0,5 \% С вертикальную линию, характеризующую изменение температуры данного сплава, отметим на этой линии точки, соответствующие температурам фазовых превращений сплава, и точки, соответствующие температурам определенных состояний сплава.

Точки фазовых превращений (критические точки) получаются от пересечения вертикальной линии с линиями диаграммы состояния.

При температуре t1 сплав находится в расплавленном состоянии, при t2 в жидком расплаве возникают первые кристаллы аустенита, при t3 сплав состоит из двух фаз – жидкого расплава и кристаллов аустенита. Для любой из температур от t2 до t4 можно определить химический состав данных фаз и их количественное соотношение, пользуясь правилом отрезков.

Определим это для температуры t3. Для этой цели проведем через точку t3 горизонтальную линию до пересечения с линиями анализируемой области диаграммы. Полученная линия ав разделяется точкой б на два отрезка аб и бв, соотношение длин которых будет характеризовать соотношение количества жидкого расплава и кристаллов аустенита, а проекции точек а и в на ось концентраций – химический состав данных фаз. При этом количество какой-либо из фаз будет характеризоваться отрезком, противоположным области существования данной фазы.

Таким образом, при температуре t3 имеем:

– количество аустенита  содержание углерода в аустените характеризуется проекцией точки а на ось абсцисс;

– количество жидкого расплава  содержание углерода в расплаве характеризуется проекцией точки в на ось абсцисс.

При температуре t4 заканчивается процесс кристаллизации сплава (первичная кристаллизация); при температуре t5 и при любых других, лежащих в интервале от t4 до t6 , сплав имеет аустенитную структуру.

При температуре t6 начинается процесс перекристаллизации сплава (в твердом состоянии). Из аустенита начинает выделяться феррит. При t7 в структуре сплава существуют две фазы – аустенит и феррит. При t8 заканчивается процесс выделения феррита, в результате чего содержание углерода в аустените достигает значения 0,8 \% и последний превращается в перлит-феррито-цементитную смесь. При температурах ниже t8 структурных изменений в сплаве практически не происходит и при температуре t9 сплав состоит из зерен перлита и феррита. Однако, если быть более точным, в процессе охлаждения от температуры t8 до комнатной идет дополнительное выделение незначительного количества цементита (третичного) из ферритных прослоек перлита.

2.5.2. Превращения в чугунах

Рассмотрим процессы, проходящие при охлаждении в сплаве, содержащем 4,3 \% углерода (рис. 2,б). При температуре t1 сплав находится в жидком состоянии. При окончании кристаллизации (t2) сплав с 4,3 \% С имеет чисто эвтектическую структуру. При охлаждении этого сплава от 1147 до 727 оС (от t2 до t3) из аустенита, входящего в состав эвтектики, выделяется цементит (Ц2), который обычно структурно не обнаруживается, так как объединяется с цементитом эвтектического происхождения (Ц3). В точке t3, т. е. при 727 оС, аустенит эвтектики имеет концентрацию, равную 0,8 \% С, и при этой температуре происходит перлитное превращение. Следовательно, при температуре ниже 727 оС (t3) ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита.

В доэвтектических чугунах структурные превращения проходят следующим образом. В точке t4 (содержание углерода ~ 3 \%) доэвтектический чугун находится в жидком состоянии. В точке t5 при охлаждении из расплава первыми начинают выделяться кристаллы аустенита. В точке t6 сплав состоит из жидкого расплава и кристаллов аустенита. При температуре 1147 оС (точка t7) заканчивается кристаллизация аустенита и одновременно образуются кристаллы ледебурита. При охлаждении от t7 до t9 первичные выделения аустенита изменяют свою концентрацию от 2,14 до 0,8 \% С, избыток углерода выделяется в виде цементита (Ц2). В точке t9 (727 оС) происходит перлитное превращение. Структура охлажденного сплава

с содержанием углерода 3 \% будет представлять собой смесь кристаллов перлита, ледебурита и цементита вторичного.