Задача № 23

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина Материаловедение

Специальность 23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно – транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)

Шифр СДМ - 43/4 - Ш - 327

Выполнил И.Г. Шаханов

Проверил Т.Б. Смирнова

Вологда

Содержание

Задача №23 стр.3

Задача №28 стр.

Задача №53 стр.

Задача №100 стр.

Задача №108 стр.

Задача № 23

Начертите диаграмму состояния железо - углерод, укажите параметры основных точек, структуру сплава в каждой области. Кратко опишите, что

собой представляет феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит.

Опишите, какие процессы произойдут со сплавом с заданным процентом содержания углерода при медленном охлаждении его от 1600 °С до 20 °С. Какие структуры имеет сплав в точках 1 и 2? Объясните, какое практическое значение имеет диаграмма состояния железо - углерод.

Исходные данные:

содержание углерода - 2, 0 °/о

температура в точке 1 - 1050 °С

температура в точке 2-650 °С

Ответ:

Диаграмма состояния жёлезо - углерод.

(Ж; Ж+А; Ж+ЦI; А; А+ЦII; А+Ц+Л; Ц+Л; Ф+П; Ц+П; П+Ц+Л; Ц+Л;)

Феррит (Ф, a) – твердый раствор внедрения углерода в a-железе. Различают низкотемпературный феррит с предельной растворимостью углерода 0, 02 % при температуре 727° С (точка P) и высокотемпературный δ -феррит (в интервале температур 1392…1539° С) с предельной растворимостью углерода 0, 1 % при температуре 1499° С (точка J) а при 20° С до 0, 006 %С

Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, временное сопротивление – σ _в = 300 МПа) и пластичен (относительное удлинение - δ =50 %), магнитен до 768° С.

Аустенит (А, γ) – твердый раствор внедрения углерода в γ –железо. Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Предельная растворимость углерода в γ -железе 2, 14 % при температуре 1147° С (точка Е). Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – δ =40…50 %), парамагнитен. При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.

Микроструктура аустенита — характерные зерна с двойниками.

Свойства: аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно

охлаждается, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита и цементита

Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6, 67 % углерода. Более точные исследования показали, что цементит может иметь переменную концентрацию углерода. Однако в дальнейшем, при разборе диаграммы состояния, сделаем допущение, что Fе₃С имеет постоянный состав. Кристаллическая решетка цементита ромбическая, удельный вес 7, 82 г/см³ (очень близок к удельному весу железа). При высоких температурах цементит диссоциирует, поэтому температура его плавления неясна и проставляется ориентировочно – 1260° С.

Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу. При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 210° С. Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: например, азотом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.Если графит является стабильной фазой, то цементит – это метастабильная фаза. Цементит соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

Ледебурит – эвтектическая смесь, состоящая при температуре выше 727° С из смеси аустенита и цементита, а ниже 727° С -из смеси перлита и

цементита. Ледебуритная структура чугуна образуется при 4, 3% С.

Свойства: ледебурит -твердая и хрупкая структурная составляющая.

При обычных температурах твердость ледебурита в единицах Бринелля

НВ≈ 650 кГ/мм²

Содержание углерода в заданном сплаве 2, 0%. Его охлаждают с 1050 °С до 650°С. при это сплав претерпевает некоторые изменения, а именно:

- при температуре 1050 °С сплав имеет структуру: Аустенит+Цементит II

- при температуре 650°С сплав имеет структуру: Цементит + Перлит

Превращение в твердом состоянии происходит из-за перехода железа из одной модификации в другую, а также в связи с изменением растворимости углерода в железе.

Сплав с содержанием 2, 0% углерода относится к группе сталей.

При охлаждении сплавов по линии РSК происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита; поэтому линия РSК называется линией перлитного превращения.

Диаграмма железо - углерод является фундаментом науки о стали и чугуне. Углерод с железом образует устойчивое химическое соединение

цементит или может находиться в сплаве в свободном состоянии в виде

графита. Соответственно существуют две диаграммы состояния сплавов железа- углерод: цементная и графитная.

При медленном охлаждении сплава с содержанием углерода 2, 0 % с 1600 °С до 20 °С с ним произойдут следующие изменения: При температуре 1600 °С сплав имеет структуру:

1600°С - 1539°С Жидкий раствор, 1539°С - 1147°С жидкий раствор + аустенит,

1147°С - 727°С аустенит, 1147°С - 1100°С аустенит твердый, 1100°С - 727°С аустенит + цементит II. При медленном охлаждении до 20 С по линии РSК происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита; поэтому линия РSК называется линией перлитного превращения.