Контрольная работа: Металлы и их сплавы
2.Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа. Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 °С для сплава, содержащего 3,7 % С
Диаграмма состояния сплава представляет собой графическое изображение состояния сплава при изменении его состава, температуры, давления, концентрации элементов. Она показывает устойчивые состояния сплава, при которых компоненты и фазы обладают минимумом свободной энергии. Эти фазы называются равновесными фазами, вследствие чего и диаграммы называют диаграммами равновесия, то есть равновесные состояния- это устойчивые состояния вещества, обладающие минимумом свободной энергии.
Обычно для построения диаграммы состояния пользуются результатами термического анализа, те строят кривые охлаждения сплава.
Сплав нагревают выше температуры плавления и выше, затем охлаждают до 0. В процессе охлаждения с определёнными промежутками времени фиксируется температура сплава , изменяющаяся вместе с агрегатным состоянием. По полученным данным строим кривую охлаждения в координатах время-температура. Если взять сплавы с различным %-ым содержанием, то диаграмма состояния может быть построена в осях концентрация(х), температура(у)
Диаграмма состояния сплава при его кристаллизации показ изменение его состояния в зависимости от температуры и концентрации при постоянном давлении внешней среды.
Ликвидус (по латыни ликва-жидкий)- линия на графике, кот показывает температуру начала кристаллизации сплава.
Солидус ( солид-твёрдый)—точки графика, определяющие температуру конца кристаллизации.
Рассматривая охлаждение металла, отметим, что железо известно в таких модификациях, отличающихся видом кристаллической решётки:
1539°С- температура плавления чистого железа.
- При температуре ниже 1539 до 1392°С-α-железо, которое часто обозначаюткакδ-железо
1392°С-критическая точка превращения δ ↔ γ -железо (γ -железо-решётка гранецентрированный кубическая ГЦК)
- Ниже 1392 до 910°С устойчивым является γ -железо
910°С-критическая точка превращения γ ↔ α -железо
- При температуре ниже 910°С-α-железо
Эти данные для удобства запишем в таблицу №1
Таблица1.
| 1539°С | Температура плавления железа |
| 1539-1392°С | α-железо, часто обозначают как δ-железо |
| 1392°С | критическая точка превращения δ ↔ γ-железо |
| 1392-910°С | устойчивым является γ -железо |
| 910°С | критическая точка превращения γ ↔ α -железо |
| ниже 910°С | α-железо |
В системе Fe-Cв процессе охлаждения и кристаллизации различают следующие фазы:
- Жидкая фаза- однородный жидкий расплав
- Твёрдые фазы:
А)феррит- твёрдый раствор углерода и других примесей в α-железе. ( α-железо - до 910°С и выше 1392 (δ) ) Низкотемпературный α-феррит имеет растворимость углерода до 0,02% (предельная растворимость 0,02% при температуре727°С) и высокотемпературный δ-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1% при 1499°С
Б) аустенит- твёрдый раствор углерода и других примесей в γ -железе (γ -железо от 910 до 1392 °С) При 1147°С аустенит содержит 2,14% С, при 727°С- около 0,8%
В) Цементит- химическое соединение железа с углеродом- карбид железа Fe3C. В цементите содержится 6,67% углерода по его массе. Температура плавления цементита около 1550°С≈1600°С.Цементит первичный Ц1 выделяется из жидкого металлического расплава, цементит вторичный Ц2- из аустенита, цементит третичный Ц3- из феррита.
Б)+В)=Ледебурит-механическая смесь(эвтектика)- аустенита и Ц1
Формируется при температуре 1147°С из жидкого металлического расплава, содержащего более 2,14%С .
При понижении температуры до 727°С формируется окончательная структура ледебурита, состоящая из механической смеси (Ф+Ц2)+Ц1. Перлит- механическая смесь Ф+Ц2 .
1.Для построения диаграммы состояния Fe-Fe3Cиспользуем координатную плоскость и оси:
- ось Х, вдоль которой будем откладывать одновременно 2 параметра: состав сплава по содержанию углерода в % и по содержанию цементита в %
- ось Y, вдоль которой будем откладывать температуру охлаждения сплава от 1600 до 600 °С
Наносим метки:
-по верхней оси Х- равномерно с шагом1 от 0% до 7%- процентное содержание углерода.