Задание № 1

При температуре выше 1400 °С (точка 1) сплав находится в жидком состоянии. В равновесии находится одна фаза-Жидкость. Согласно правилу фаз Гиббса, количество степеней свободы равно

С=k-f + 1 =2-1+ 1=2

где k- количество компонентов в сплаве, k=2 (Железо и Цементит)

f-количество фаз, f=1 (Жидкость)

Сплав начинает кристаллизоваться в точке 1 при температуре 1400°С с выделением из жидкой фазы кристаллов аустенита (раствор углерода в γ Fe). Процесс кристаллизации завершается в точке 2 при температуре 1110°С. От данной температуры до температуры 1060°С (точка 3) сплав представляет собой однофазную структуру-аустенит. Согласно правилу фаз Гиббса, количествостепеней свободы равно

С=k-f + 1 =2-1+ 1=2

где k- количество компонентов в сплаве, k=2 (Железо и Цементит)

f-количество фаз, f=2 (Жидкость, Аустенит)

При достижении температуры 1060°С (точка 3) из аустенита, вследствие уменьшения растворимости, углерода начинают выделяться кристаллы вторичного цементита Ц_II.

Аустенит® Ц_II

или

γ Fe(С) ® Fe₃C_втор

В интервале температур между точками 3 и 4 в равновесии находится две фазы: Аустенит и Цементит. Согласно правилу фаз Гиббса, количествостепеней свободы равно

С=k-f + 1 =2-2+ 1=1

где k- количество компонентов в сплаве, k=2 (Железо и Цементит)

f-количество фаз, f=2 (Аустенит, Цементит)

По достижении точки 4 (температура 727°С) аустенит содержит 0, 8 % углерода (точка S) и претерпевает эвтектоидное превращение (распадается на эвтектоидную смесь (Перлит) Феррита (α Fe(С)) и Цементита (Fe₃C), так как аустенит является неустойчивым соединением при температуре ниже 727 º С)

γ Fe → П(α Fe(С)+ Fe₃C)

Вторичный цементит, выделившийся в интервале температур от точки 3 до точки 4, в этом превращении не участвует. Согласно правилу фаз Гиббса, количествостепеней свободы при 727°С равно

С=k-f + 1 =2-3+ 1=0

где k- количество компонентов в сплаве, k=2 (Железо и Цементит)

f-количество фаз, f=3 (Аустенит, Цементит, Феррит)

На кривой охлаждения наблюдается горизонтальная площадка 4-4', Между точками 4 и 4', вследствие незавершённости фазового превращения Feγ → Feα., в равновесии находится три фазы— Аустенит, Цементит и Феррит. В точке 4' завершается фазовое превращение γ Fe → α Fe и структура сплава состоит из двух структурных составляющих — Перлита и Цементита вторичного (П + Ц_II). При этом в равновесии будет 2 фазы: Феррит и Цементит.

С понижением температуры сплава ниже 727 °С растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде Цементита третичного.

γ Fe → Fe₃C_III

Структура после медленного охлаждения (равновесная структура) – перлит и вторичный цементит, расположенный в виде тонкой светлой сетки (или цепочек светлых зерен) по границам зерен перлита. Ниже приведенв микроструктура заэвтектоидной углеродистой стали, содержащей 1, 2% углерода

При температуре 1050 º С в сплаве с содержанием углерода 2, 0% в равновесии находится две фазы – Аустенит и Цементит.

При температуре 650 º С в сплаве с содержанием углерода 2, 0% в равновесии находится две фазы – Феррит и Цементит.

Рисунок– Микроструктура эаэвтектоидной стали