КОНТРОЛЬНАЯ

РАБОТА

По дисциплине

Материаловедение

Вариант 05

Задание 5

Условие.

Начертите диаграмму состояний сплавов железо-цементит. Для сплава с содержанием углерода 0,4 % постройте кривую охлаждения. Опишите фазовые и структурные превращения, которые будут происходить в сплаве при медленном охлаждении из расплавленного состояния до нормальной температуры. Определите вес фаз, а если возможно, то и структуру в двух произвольно выбранных областях диаграммы.

Решение.

1. Проводим на диаграмме состояния железо-цементит вертикальную красную линию, соответствующую заданному сплаву с 0,4 % углерода (рис. 1).

температура (°С)

аустенит + феррит

1600

жидкость

1500

жидкость + аустенит

аустенит

феррит + перлит

727

1440

810

жидкость + феррит

1520

время

Рис. 1. Кривая охлаждения.

2. Отмечаем точки пересечения вертикальной линии с линиями диаграммы и из них проводим горизонтальные пунктирные синие линии.

3. Строим справа вертикальную ось температур и горизонтальную ось времени.

4. Строим нисходящую кривую охлаждения.

5. Определяем состав фаз при охлаждении сплава:

• до 1520 °С сплав находится в жидкой фазе;

• в промежутке 1520 – 1500 °С из сплава выделяется твердый феррит, и сплав состоит из жидкости и феррита;

• при 1500 °С происходит превращение феррита в аустенит, и в промежутке 1500 – 1440 °С сплав состоит из жидкости и аустенита;

• начиная с 1440 °С, сплав находится в твердой фазе;

• в промежутке 1440 – 810 °С сплав состоит целиком из аустенита;

• при 810 °С начинается выделение феррита, и в промежутке 810 – 727 °С сплав состоит из аустенита и феррита;

• при температуре 727 °С происходит превращение аустенита в перлит, и ниже этой температуры сплав состоит из феррита и перлита.

6. Для определения веса фаз в сплаве при произвольной температуре 1480 °С проведем горизонтальную линию, соответствующую этой температуре. На пересечении с вертикалью, соответствующей заданному сплаву с 0,4 % углерода, получим точку X (рис. 2).

X

Y

Z

Рис. 2. Определение веса фаз.

Сплав в точке X состоит из двух фаз – жидкости и аустенита. Концентрация жидкости изменяется по кривой ВС, концентрация аустенита – по кривой JE. Проведем из точек пересечения горизонтальной линии, соответствующей температуре 1480 °С, с кривыми ВС и JE (точек Y и Z) вертикальные линии до пересечения с горизонтальной осью концентраций. Получим, что:

• жидкость состоит из 0,2 % углерода и 100 – 0,2 = 99,8 % железа;

• аустенит состоит из 1,0 % углерода и 100 – 1,0 = 99,0 % железа.

Пусть масса сплава в точке Х равна 1 кг. Тогда в соответствии с правилом отрезков масса жидкости составит:

, что соответствует 0,25 кг.

Масса аустенита составит:

, что соответствует 0,75 кг.

7. Для определения веса фаз в сплаве при произвольной температуре 740 °С проведем горизонтальную линию, соответствующую этой температуре. На пересечении с вертикалью, соответствующей заданному сплаву с 0,4 % углерода, получим точку X (рис. 3).

X

Y

Z

Рис. 3. Определение веса фаз.

Сплав в точке X состоит из аустенита и феррита. Концентрация аустенита изменяется по кривой GS, концентрация феррита – по кривой GР. Проведем из точек пересечения горизонтальной линии, соответствующей температуре 740 °С, с кривыми GS и GР (точек Y и Z) вертикальные линии до пересечения с горизонтальной осью концентраций. Получим, что:

• аустенит состоит из 0,75 % углерода и 100 – 0,75 = 99,25 % железа;

• феррит состоит из 0,10 % углерода и 100 – 0,10 = 99,90 % железа.

Пусть масса сплава в точке Х равна 1 кг. Тогда в соответствии с правилом отрезков масса аустенита составит:

, что соответствует 0,46 кг.

Масса феррита составит:

, что соответствует 0,54 кг.