Лабораторная работа 4 изучение диаграмм состояния – кривых охлаждения сплавов железо-цементит
Цель работы: ознакомление с принципами построения диаграмм состояния сплавов, изучение диаграммы состояния железо-цементит и превращений в железоуглеродистых сплавах в равновесных условиях.
Теоретические сведения
Существует много методов построения диаграммы состояния (дилатометрический, электрический, магнитотермический, термический и др.). Сущность любого из них сводится к нахождению критических точек при нагреве или охлаждении металлов и сплавов. Критическими точками называются температуры, при которых начинаются и заканчиваются какие-либо превращения в сплавах. Определив экспериментально критические точки серии сплавов, строят полную диаграмму состояния в координатах "температура – концентрация".
Диаграмма состояния железо-цементит охватывает сплавы, содержащие углерод в количестве от 0 до 6,67%. При содержании 6,67% углерода он образует химическое соединение с железом Fe3C – карбид железа, называемый также цементитом. Один из компонентов сплавов – железо – имеет несколько аллотропических модификаций: до 911°С железо имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую решетку с периодом 0,286 нм, в интервале температур 911-1392°С – гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решетку, а выше 1392°С – снова объемно-центрированную кубическую кристалл-
лическую решетку, но с другим периодом – 0,293 нм.
Температурные остановки на кривой охлаждения железа 1539, 1392, 911 и 768°С являются критическими точками.
Диаграммы состояния - это графические изображения, показывающие в условиях равновесия фазовый состав и структуру сплавов в зависимости от температуры и химической концентрации компонентов.
Существуют два типа диаграмм состояния железоуглеродистых сплавов: «железо – цементит» и «железо – графит». В зависимости от внешних условий углерод может находиться или в виде цементита (карбид железа Fe3C), или в виде графита.
Диаграмма «железо – цементит» называется метастабильной (неустойчивой), так как цементит может распадаться с образованием графита. Диаграмма «железо – графит» называется стабильной диаграммой равновесия.
Фазой называют однородную по химическому составу, кристаллическому строению и свойствам часть системы, отделенную поверхностью раздела от других частей системы, при переходе через которую структура, свойства или состав вещества изменяются скачкообразно.
Система – совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давление, температура и т. д.). При переходе сплавов из жидкого состояния в твердое в них может образовываться несколько фаз. Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллических решеток называется первичной кристаллизацией. Свойства сплавов в твердом состоянии зависят от образовавшейся структуры.
Структура – это взаимное расположение фаз в сплаве, их форма и размеры. Структурные составляющие сплава – это обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение и характерные свойства. Структуры могут быть однофазные, двухфазные и многофазные. К однофазным структурам относят феррит, аустенит, цементит.