Лабораторная работа № 1.

Тема: Изучение диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Цель: Разобраться с превращениями, происходящими в железоуглеродистых сплавах при медленном охлаждении и нагреве.

Оборудование:

- Диаграмма состояния системы Fe – Fe3C.

- Фотографии микроструктур железоуглеродистых сплавов.

Ход работы:

1. Диаграмма состояния Fe – Fe3C с обозначением фаз и структурных составляющих по всем областям диаграммы.
2. Характеристика линий и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.
3. Подробное описание изменений структуры при медленном охлаждении контрольного сплава.

4. Вывод по проделанной работе.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА № 01
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА (МИИТ)	Изучение диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.	На листах
Наглядные пособия: диаграмма состояния (Fe – Fe3C).
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
Диаграмма железоуглеродистых сплавов может быть представлена в двух вариантах: метастабильном, отражающем превращения в системе “железо-карбид железа”, и стабильном, отражающем превращения в системе “железо-графит”. Наибольшее практическое значение имеет диаграмма состояния “железо-карбид железа”, т.к. для большинства технических сплавов превращения реализуются по этой диаграмме. Карбид железа (Fe3C) называют цементитом, поэтому метастабильную диаграмму железоуглеродистых сплавов называют диаграммой состояния “железо-цементит” (Fe – Fe3C).
ХОД РАБОТЫ
- Компоненты и фазы в железоуглеродистых сплавах. Основными компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо и углерод, которые относятся к полиморфным элементам. В железоуглеродистых сплавах эти элементы взаимодействуют, образуя различные фазы. Под фазой в общем смысле понимается однородная часть системы, имеющая одинаковый химический состав, физические свойства и отделенная от других частей системы поверхностью раздела. Взаимодействие железа и углерода состоит в том, что углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. Помимо этого он может образовывать с железом химическое соединение. Таким образом в железоуглеродистых сплавах могут образовываться следующие фазы: жидкий раствор, аустенит, феррит, цементит.   Аустенит (обозначают А или у) – твердый раствор внедрения углерода в Fey. Имеет ГЦК-решетку, растворяет углерода до 2, 14%, немагнитен, твердость(НВ 160-200).   Феррит (обозначают Ф или α) - твердый раствор внедрения углерода в Feα. Имеет ОЦК-решетку, растворяет углерода до 0, 02% (727°С), при 20°С менее 0, 006%, ферромагнитен до температуры 769°С, твердость (НВ 80-100).   Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe3C). Содержит 6, 67% С. При нормальных условиях цементит тверд (НВ 800) и хрупок. Слабо ферромагнитен до 210°С.   Превращение в железоуглеродистых сплавах. Диаграмма состояния Fe – Fe3C (рис.1) показывает фазовый состав и превращения в сплавах с концентрацией от чистого железа до цементита. Превращение в железоуглеродистых сплавах происходит как при кристаллизации (затвердевании) жидкой фазы (Ж), так и в твердом состоянии.       Первичная кристаллизация идет в интервале температур, ограниченных линиями ликвидус (ACD) и солилус (AECF). Вторичная кристаллизация происходит за счет превращения железа в одной аллотропической модификации в другую и за счет изменения растворимости углерода в аустените и феррите, которая уменьшается с понижением температуры. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цементита. В сплавах системы Fe – Fe3C происходят следующие изометрические превращения: - Эвтектическое превращение на линии ECF (1147°C); - Эвтектоидное превращение на линии PSK (727°C).   Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом (Л), а эвтектоидная смесь феррита и цементита – перлитом (П). Ледебурит содержит 4, 3% углерода. При его охлаждении ниже линий PSK входящий в него аустенит превращается в перлит и при нормальной температуре ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита и называется ледебуритом превращенным (Л пр). Цементит в этой структурной составляющей образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита объясняет его большую твердость (НВ 700) и хрупкость. Перлит содержит 0, 8% углерода. В зависимости от формы частичек цементит бывает пластинчатый и зернистый. Является прочной структурной составляющей с твердостью (НВ210). Линии диаграммы Fe – Fe3C представляют собой совокупность критических точек сплавов с различным составом, характеризующих превращения в этих сплавах при соответствующих температурах.