kr1

2

ЗАДАНИЕ 1

Описать превращения по диаграмме, изображенной на рисунке 1: дать ее название, описать все точки, линии, фазы и структуры, имеющиеся на диаграмме.

Рисунок 1 - Диаграмма состояния

Определить при помощи правила отрезков массовое соотношение фаз в точке с В = 80 % и Т = 300 ºС, химический состав фаз.

Определить при помощи правила отрезков химический состав сплава по структуре: QА = 60 %, Qж = 40 %, Т = 400 ºС.

Построить кривую охлаждения для сплава В = 5 %.

Найти число степеней свободы в точке с В = 50 % и Т = 300 ºС.

Решение.

1. Заданная в условии диаграмма состояния характеризует систему сплавов,

когда чистые компоненты образуют механические смеси.

Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, а в твердом состоянии нерастворимы и не образуют химических соединений.

3

Компоненты: вещества А и В,

Фазы: жидкость L, кристаллы А и кристаллы В.

Компоненты сплавов: А и В.

Введем буквенные обозначения и обозначим фазы в диаграмме (рисунок 2):

L

Рисунок 2 - Диаграмма состояния с условными обозначениями

Линия DGE является линией ликвидус (начало кристаллизации), линия CGF - линией солидус (конец кристаллизации). На линии DG при охлаждении начинают выделяться кристаллы А, а на линии GE - кристаллы В. На линии CGF

из жидкости одновременно выделяются кристаллы Α и В. Эвтектический сплав

(механическая смесь двух видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости) соответствует точке G. Сплавы левее точки

G являются доэвтектическими, правее точки G – заэвтектическими.

Кристаллизация доэвтектических сплавов происходит следующим образом:

сначала из жидкости по линии DG кристаллизуются кристаллы А и сплав состоит из жидкости и кристаллов А;

по достижении линии CGF кристаллизация заканчивается;

4

ниже линии CGF сплав находится в твердом состоянии и состоит из кристаллов А и эвтектики А + В.

Кристаллизация заэвтектических сплавов отличается тем, что сначала из жидкости по линии GE кристаллизуются кристаллы В и сплав состоит из жидкости и кристаллов В. ниже линии CGF сплав состоит из кристаллов В и эвтектики А + В.

Кристаллизация эвтектических сплавов отличается тем, что в точке G сплав мгновенно переходит из жидкого в твердое состоние.

2.Для определения массового соотношения фаз в точке с В = 80 % и

Т= 300 ºС проводим на диаграмме вертикальную красную линию из точки В = 80 % и горизонтальную красную линию (коноду) из точки Т = 300 ºС (рисунок 3).

На пересечении этих двух линий получаем точку I, соответствующую заданному сплаву. Из диаграммы видно, что сплав в этой точке состоит из двух фаз – жидкости L и твердых кристаллов компонента В. Содержание компонента В отражается правой осью ординат, содержание жидкости – линией GЕ.

Пересечение коноды, соответствующей температуре 300 °С, с правой осью ординат и линией GЕ дает точки J и K. Точка J соответствует 76 % компонента В и 100 – 76 = 24 % компонента А. Точка К соответствует 100 % компонента В и

0 % компонента А.

5

L

Рисунок 3 - Определение массового соотношения фаз

Определяем содержание компонента В в сплаве по правилу отрезков:

Содержание жидкости в сплаве по правилу отрезков:

3. Для определения химического состава сплава по структуре: QА = 60 %, Qж = 40 %, Т = 400 ºС (рисунок 4) проводим на диаграмме красную горизонталь

(коноду), соответствующую Т = 400 ºС. Сопоставляя диаграмму с заданными параметрами (компонент А и жидкость), заключаем, что искомый сплав находится в левой части диаграммы, в области CDG. Содержание компонента А отражается левой осью ординат, содержание жидкости – линией DG. Опускаем из точек пересечения коноды Т = 400 ºС с указанными линиями перпендикуляры на ось концентраций. Эти перпендикуляры пересекают ось концентраций в точках 0 % и 24 % компонента В, и между ними отсекается 24 - 0 = 24 %.

6

L

Рисунок 4 - Определение химического состава сплава

Заданное процентное содержание компонента QА = 60 % (или 0,60) в

соответствии с правилом отрезков определяется по формуле:

QA 24х 0 0,60.

Отсюда:

х = 0,60·24 = 14 %.

То есть расстояние от точки пересечения вертикали, соответствующей искомому сплаву, с отметкой 24 % равно 14 %. Таким образом, искомый сплав содержит 24 - 14 = 10 % компонента В и 100 – 10 = 90 % компонента А.

4. Для построения кривой охлаждения для сплава с содержанием В = 5 %

проводим через отметку 5 % на оси концентраций перпендикуляр и отмечаем точки его пересечения с линиями диаграммы (рисунок 5). Справа от диаграммы строим оси «время – температура» и по полученным точкам строим кривую охлаждения сплава.

7

Время

Рисунок 5 - Построение кривой охлаждения:

точка 1: c = k – f + 1 = 2 – 1 + 1 = 2;

точка 2: c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1;

точка 3: c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1;

точка 3’: c = k – f + 1 = 2 – 3 + 1 = 0.

Полученная кривая свидетельствует, что в промежутке от самых высоких температур до 520 ºС сплав находится в жидком состоянии. Начиная с 520 ºС, из сплава начинает кристаллизоваться компонент А, и в промежутке от 520 ºС до

250 ºС сплав состоит из жидкости L и компонента А. Ниже 250 ºС

кристаллизация заканчивается, и при дальнейшем понижении температуры сплав состоит исключительно из твердых компонентов А и A + В (эвтектики).

5. Для определения числа степеней свободы в точке с В = 50 % и Т = 300 ºС

находим эту точку на диаграмме на пересечении соответствующей горизонтали

(коноды Т = 150 ºС) и вертикали (В = 20 %) (рисунок 6). Это точка М. Из рисунка 6 видно, что в точке М число компонентов k = 2 (это компоненты А и В),

а число фаз f = 2 (твердая фаза А и жидкость). Отсюда число степеней свободы в точке N определяем по формуле:

c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1.

8

L

F

C G

А + В

H

Рисунок 6 - Определение числа степеней свободы

9

ЗАДАНИЕ 2

Начертить диаграмму Fe – C. Описать все линии, точки, фазы и структуры.

Построить кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 5,0 %. Для данного сплава найти массовое соотношение фаз при 1000 ºС и 650 ºС, а также химический состав фаз.

Решение.

1. Диаграмма железо-углерод (рисунок 7) отражает состояние железоуглеродистых сплавов в интервале концентраций от 0 до 7 % углерода и в интервале температур от 600 °С до 1 600 °С.

Рисунок 7 - Диаграмма состояния железо-углерод

Компонентами системы (см. рисунок 7) являются:

железо; температура плавления 1539 °С (точка А диаграммы), температура полиморфного превращения 911 °С (точка G);

цементит; температура плавления 1560 °С (точка D диаграммы).

10