Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0,8%с. Дайте характеристику этого сплава.
Сплав с содержанием углерода 0,8% - эвтектоидная сталь. Структура данной стали состоит из одной структурной составляющей – перлита.
Перлит – англ. pearlite (от франц. perle - жемчуг) – одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов; название предложено Хоу и связано с перламутровым блеском (перлит напоминает перламутр). Перлит представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз – феррита и цементита (в легированных сталях – карбидов). Перлит – продукт эвтектоидного распада аустенита при медленном охлаждении Fe-C-сплавов ниже 723°C. Аустенит (γ-железо) переходит в α-железо, в котором около 0,02% углерода; избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов.
Рисунок 6 – Перлит пластинчатый.
Определите для заданного сплава химический состав фаз и число степеней свободы при температуре 1000оС.
Рисунок 7 – Определение химического состава фаз и числа степеней свободы сплава.
Сплав 0,8% углерода при температуре 1000 градусов состоит из одной фазы – аустенита. Весь углерод находится в аустените.
Вариантность (C) (число степеней свободы) – это число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе. C=К-Ф+2,
где К – количество компонентов,
Ф – количество фаз
Если принять, что все превращения происходят при постоянном давлении, то число переменных уменьшится
C=К-Ф+1,
где 1 – учитывает возможность изменения температуры.
Сплав состоит из двух компонентов (железо и углерод) и при данной температуре 1000 градусов является однофазным (аустенит):
С=2-1+1=2
Вариант 29.
Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит.
С чем связано деление сплавов на диаграмме на стали и чугуна?
Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны. Условная граница между сталями и чугунами – точка Е (2,14%). Сплавы с меньшим содержанием углерода – стали, с большим – чугуны. Принципиальное отличие заключается в том, что славы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %) заканчивают кристаллизацию с образованием эвтектики (ледебурита). Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства. Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.
Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?
Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна хлопьевидная форма, а оптимальной является шаровидная форма графита. Пластичность зависит от формы таким же образом. Относительное удлинение ( ) дпя серых чугунов составляет 0,5 %, для ковких – до 10 %, для высокопрочных – до 15%.
Наличие графита наиболее резко снижает сопротивление при жестких способах нагружения: удар; разрыв. Сопротивление сжатию снижается мало.
Механическая прочность в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций.
Рисунок 2 – Формы графитных включений в серых чугунах (а – пластинчатый, б – шаровидный, в – хлопьевидный графит).