3. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из двух фаз?

Перлит - эвтектоид, т.е. механическая смесь из цементита и феррита При рассмотрении в микроскоп в виде чередующихся темных и светлых полос .Бывают виды перлита в зависимости от формы цементита: пластичный и зернистый. содержит 0,8 % углерода. Название получил за то, что на полированном и протравленном шлифе наблюдается перламутровый блеск.

Ледебурит – механическая смесь (эвтектика), состоящая из фаз:

• при высоких температурах – из аустенита и цементита t = 1130 –727 ⁰

• при низких температурах ( т.е . ниже линии PSK ) – из феррита и цементита .

t < 727 ⁰

а б

Рисунок 3 – Микроструктуры ледебурита в эвтектическом чугуне (С=4,3%) (а) и перлита пластинчатого в эвтектоидной стали (С=0,8%).

4. Сколько углерода должно содержаться в сплаве, если в его структуре после медленного охлаждения обнаруживается феррит с перлитом в соотношении 1:1, 1:3, 3:1?

Количество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается.

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах) занимаемую ферритом и перлитом. Т.к. в феррите растворено очень небольшое количество углерода, можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите.

Тогда содержание углерода в стали можно определить по формуле :

С= ,

где С – содержание углерода в стали, %

П – площадь, занимаемая перлитом, %.

Если соотношение феррита и перлита 1:1, то в процентном соотношении – 50% феррита и 50% перлита

С=08*50/100=0,40%

Если соотношение феррита и перлита 1:3, то в процентном соотношении – 25% феррита и 75% перлита

С=08*75/100=0,60%

Если соотношение феррита и перлита 3:1, то в процентном соотношении – 75% феррита и 25% перлита

С=08*25/100=0,20%

5. В чугуне содержится 3,5%с. Можно ли определить, каким он будет: белым или серым?

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

• серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет.

В результате превращения углерод может не только химически взаимодействовать с железом, но и выделяться в элементарном состоянии в форме графита. Жидкая фаза, аустенит и феррит могут находиться в равновесии и с графитом.

При высоких температурах цементит разлагается с выделением графита, поэтому диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной, а диаграмма железо – графит – стабильной. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом называется графитизацией.

 Графит – это полиморфная модификация углерода. Так как графит содержит 100% углерода, а цементит – 6,67 %, то жидкая фаза и аустенит по составу более близки к цементиту, чем к графиту. Следовательно, образование цементита из жидкой фазы и аустенита должно протекать легче, чем графита.

С другой стороны, при нагреве цементит разлагается на железо и углерод. Следовательно, графит является более стабильной фазой, чем цементит.

Возможны два пути образования графита в чугуне.

1. При благоприятных условиях (наличие в жидкой фазе готовых центров кристаллизации графита и очень медленное охлаждение) происходит непосредственное образование графита из жидкой фазы.

2. При разложении ранее образовавшегося цементита. При температурах выше 738^oС цементит разлагается на смесь аустенита и графита по схеме

.

При температурах ниже 738^oС разложение цементита осуществляется по схеме:

.

При малых скоростях охлаждение степень разложения цементита больше.

Графитизацию из жидкой фазы, а также от распада цементита первичного и цементита, входящего в состав эвтектики, называют первичной стадией графитизации.

Выделение вторичного графита из аустенита называют промежуточной стадией графитизации.

Образование эвтектоидного графита, а также графита, образовавшегося в результате цементита, входящего в состав перлита, называют вторичной стадией графитизации.

Структура чугунов зависит от степени графитизации, т.е. от того, сколько углерода находится в связанном состоянии.

Следовательно, из жидкого расплава с содержанием углерода 3,5% после кристаллизации может образоваться как белый (с цементитом) так и серый (с графитом) чугун. Образование той или иной фазы зависит от скорости охлаждения и химического состава чугуна. При очень медленной скорости охлаждения кристаллизуется графит, при высокой – цементит. Наличие в жидком расплаве элементов, способствующих графитизации (кремний), также способствует образованию серого чугуна.