Вариант 5

Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит.

1. Чем обусловлено наличие на диаграмме нескольких областей гомогенных твердых растворов?

В системе железо-углерод существуют три области гомогенных твердых растворов:

• GPQ- область существования твердого раствора углерода в α-железе (железе с объемоцентрированной кубической решеткой) – область низкотемпературного α-феррита

• GSEJN – область существования твердого раствора углерода в γ-железе (железе с гранецентрированной кубической решеткой) – область аустенита

• AHN - область существования твердого раствора углерода в железе с объемоцентрированной кубической решеткой – область высокотемпературного феррита. Чтобы отличать его от низкотемпературного феррита, высокотемпературный феррит обозначают δ-феррит.

Существование нескольких твердых растворов связано с различной растворимостью углерода в различных модификациях железа. Растворимость углерода в низкотемпературном феррите ограничивается линией PQ и достигает максимума 0,025% при температуре 727 градусов (точка Р). Растворимость углерода в аустените ограничивается линией SE и достигает максимума 2,14% при температуре 1147 градусов (точка Е). Растворимость углерода в высокотемпературной модификации феррита ограничивается линией HN и достигает максимума 0,1%С при температуре 1499 градусов (точка Н).

а б

Рисунок 2 – Кристаллическая решетка феррита (а) и аустенита

2. При какой температуре протекает и в чем заключается перитектическое превращение?

На линии HJB при постоянной температуре 1499⁰С идет перитектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита ( ), в результате чего образуется аустенит:

Содержание углерода в феррите соответствует точке Н (0,1%), содержание углерода в жидкости соответствует точке В (0,6%), содержание углерода в аустените соответствует точке J (0,15%).

Рисунок 3 – Перитектическое превращение в сталях.

3. Что такое δ-феррит?

Дельта-феррит - высокотемпературная модификация феррита (твердого раствора углерода в альфа-железе с ОЦК решеткой). При температуре выше 1392^o С существует высокотемпературный феррит ( ) ( (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499^o С (точка J) и кристаллической решеткой железа ОЦК.

Рисунок 4 – График полиморфных превращений железа (а) и кристаллические решетки железа (б).

4. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами. Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит называются белыми чугунами.

Рисунок 5 - Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектический белый чугун ; б – эвтектический белый чугун (Л); в – заэвтектический белый чугун .

 

Фазовый состав белых чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита. Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода. Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки. С увеличением содержания углерода в чугунах увеличивается доля твердого цементита, таким образом, общая твердость чугуна возрастает.