3. Структурообразование в охлаждаемой стали с 0,4%

В качестве примера рассмотрим процесс структурообразования в охлаждаемой стали с 0,4%С (рис. 1). Выше точки t₁ сталь находиться в жидком состоянии и непрерывно охлаждается. В интервале температур t₁ – t₂ из жидкой фазы, состав которой изменяется по ликвидусу АВ, выпадают кристаллы δ-феррита. Состав их определяется с помощью коноды по солидусу АН (Ж_АВ→δ-Ф_АН); С = 2 – 2 + 1 = 1, t≠const. При кристаллизации выделяется теплота, на участке кривой t₁ – t₂ охлаждение сплава замедляется.

При температуре t₂ происходит трехфазное перитектическое превращение; С = 2 – 3 + 1 = 0, t=const. Жидкость взаимодействует с ранее выпавшими кристаллами δ-феррита состава Н. В результате образуется новая твердая фаза – аустенит состава I: Ж_(В) + δ_(Н)→А_(I).

Для того чтобы жидкость и δ-феррит без остатка были израсходованы на образование аустенита (перитектическое превращение в сплаве состава I), необходимы следующие соотношения их массовых долей: , или 3 части жидкости и 17 частей δ-феррита.

В рассматриваемой стали (0,4%С) при температуре t₂ находится 75% жидкости ( ) и 25% δ-феррита ( ), или 15 частей жидкости и 5 частей δ-феррита. Нетрудно видеть, что после перитектического превращения в стали с 0,4%С в избытке остается жидкая фаза: Ж_В + δ → А_I + Ж (избыток).

Избыточная жидкость кристаллизуется при непрерывном охлаждении в интервале t₂ – t₃ с образованием аустенита. В интервале t₃ – t₄ закристаллизовавшийся сплав, имеющий структуру А, непрерывно охлаждается. При температурах t₄ – t₅ происходит полиморфное превращение, ГЦК перестраивается в ОЦК решетку, т.е. аустенит, состав которого меняется по линии GS, превращается в феррит (по GP). По мере превращения массовая доля аустенита уменьшается, содержание же углерода в нем увеличивается. Образующаяся решетка феррита (ОЦК) при данных температурах энергетически более выгодна, чем аустенита (ГЦК), и при перестройке решеток выделяется теплота, поэтому сплав на участке t₄ – t₅ охлаждается замедленно.

При t₅ происходит трехфазное эвтектойдное превращение (изотера t₅ на кривой охлаждения) А_S → Ф_Р + Ц_К, когда из аустенита, не перешедшего в феррит, образуется перлит (Ф + Ц). В процессе дальнейшего охлаждения сплава из феррита выделяется Ц_III, наслаивающийся на цементите перлитом. Структура охлаждающейся стали при температурах ниже t₅ – Ф + П.

_{Массовый доли (%) феррита и перлита как структурных составляющих стали с допустимой погрешностью могут быть определены по правилу отрезков. Например, при 600}°С . Массовая доля феррита как фазы, существующей вместе с цементитом, _{. Остальные 6% приходятся на долю другой фазы – цементита.}

_{Таким образом, структура медленно охлажденной стали, содержащей 0,4 %С, состоит из 50% феррита и 50%перлита}

Рис. 1. Диаграмма железо-углерод и кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 0,4% С

4. Рекомендации по оформлению и выполнению ргр

Расчетно-графическая работа состоит из пояснительной записки и графических листов. Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

1. Титульный лист

2. Содержание

3. Введение

4. Основная часть

5. Заключение

6. Библиографический список

Пояснительная записка оформляется 14 шрифтом, полуторным интервалом. Заголовки оформляются строчными буквами. Каждый новый раздел пояснительной записки оформляется с нового листа.

Перед выполнение РГР необходимо ознакомится с литературой по теме расчетно-графической работы.

Во введении следует рассмотреть и доказать целесообразность и актуальность рассматриваемой темы с точки зрения применения в практике машиностроительного производства.

В основной части вычерчивается диаграмма железо-углерод с указанием основных структурных составляющих во всех областях диаграммы. На диаграмме проводится вертикальная линия, соответствующая заданной концентрации углерода. Отмечаются точки пересечения с основными линиями диаграммы. Далее описывается процесс кристаллизации сплава с заданным содержанием углерода (см. п. 3).

Выбрать для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определить: состав фаз, т.е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз. При выполнении данного пункта используется правило отрезков:

1. Первое положение правила отрезков формулируется следующим образом. Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

2. Второе положение правила отрезков формулируется так. Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

После описания процесса кристаллизации вычерчивается кривая охлаждения сплава в координатах температура-время (рис. 1).

Описать и зарисовать конечную структура сплава, при этом возможно использование атласа микроструктур.

Привести примеры (1-3) применения материала с заданным содержанием углерода в изготовлении изделий, уровень и возможности получаемых свойств. При выполнении этого пункта возможно использовать Марочник сталей и сплавов.

В заключении необходимо сделать вывод о проделанной работе, рассмотреть связь изучаемой темы с другими разделами машиностроения.