Анализ диаграммы фазового равновесия сплавов системы «ЖЕЛЕЗО – ЦЕМЕНТИТ»

Решение. Проследим за формированием структуры сплава с содержа-

нием углерода 1,5% при медленном охлаждении, начиная с температуры

1600 °С. Критические точки, соответствующие температурам превращений,

показаны на фигуративных линиях рис. 13.

Рис. 13. Схема для изучения превращений, происходящих в стали с содержанием углерода 1,5 % при медленном охлаждении: а – диаграмма состояния «Fe – C»; б – кривая кристаллизации сплава

До температуры 1450°С (точка 1) заэвтектоидная сталь с 1,5% С

находится в жидком состоянии. При t = 1450°С начинается процесс кристаллизации. В интервале температур 1450 – 1250°С (точки 2, 3) в сплаве сосуществуют две фазы: жидкий раствор и аустенит. В интервале температур

1250 – 950°С (точки 3, 4) сплав охлаждается, не претерпевая никаких превращений; состав сплава представлен аустенитом. При охлаждении сплава ниже 950°С (точка 4) аустенит с концентрацией углерода 1,5% становится пересыщенным. Избыточный углерод из зерен аустенита диффундирует к их границам и здесь выделяется в виде цементита вторичного.

Концентрация углерода в аустените при охлаждении сплава от 950 до

727°С (точки 4, 5) изменяется согласно линии ES от точки 4 к точке S:

21

При температуре 727°С (точка 5) в сплаве происходит эвтектоидное превращение, в результате которого образуется перлит. Ниже температуры

727°С растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного

(ЦIII) (точки 5, 6, 7). Описанный процесс формирования структуры представим в виде схемы (рис. 14):

Рис. 14. Схема формирования структуры сплава с 1,5% С

Таким образом, при комнатной температуре сплав с 1,5% С имеет двухфазную перлито-цементитную структуру, изображенную на рис. 7.

Рассчитаем количество фазовых и структурных составляющих в сплаве при комнатной и заданной (600°С) температурах. Содержания структурных составляющих определяются последовательно по мере их образования в

22

процессе охлаждения сплава с применением правила отрезков для двух сосуществующих фаз или структурных составляющих по конодам QL (tкомн) и af

(t = 600°С). Считаем, что концентрация углерода в точке а составляет 0,01%.

1.1. Расчет количества фазовых составляющих при tкомн:

1.2. Расчет количества структурных составляющих при tкомн:

2.1. Расчет количества фазовых составляющих при t = 600°С:

2.2. Расчет количества структурных составляющих при t = 600°С:

Вывод: Количество фазовых составляющих при комнатной и заданной

(600°С) температурах совпадает из-за незначительного отличия концентрации углерода в точках Q (0,006% C) и а (0,01% С), а совпадение количества структурных составляющих связано с тем, что рассматриваемые температуры ниже температуры эвтектоидного превращения (727°С).

Практическая часть

1.Порядок выполнения анализа диаграммы состояния «Fe – Fe3C»

1.1.Вычертить диаграмму состояния Fe – Fe3C с указанием температур превращений и концентраций углерода для характерных точек.

23

1.2.Указать фазы и структурные составляющие в различных областях диаграммы.

1.3.Описать и представить схему процесса формирования структуры для варианта, указанного преподавателем.

1.4.Нарисовать схему структуры сплава при комнатной температуре.

1.5.Определить количество фазовых и структурных составляющих при температурах для заданного варианта.

1.6.Сделать выводы об изменении фазового и структурного составов в заданном интервале температур.

При выполнении расчетных задач в перитектической области диаграммы

использовать данные по фрагменту этой диаграммы, представленные на рис. 15.

t, °C

1539

A

N 1392

0,16

t, °C

Рис. 15. Фрагмент (высокотемпературная область) диаграммы «железо – углерод»

24

2. Варианты индивидуальных заданий

25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Солнцев, Ю.П. Материаловедение [Текст]: учебник для вузов, изд. 4-е,

перераб. и доп. / Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. –

784 с.

2.Арзамасов, В.Б. Материаловедение [Текст]: учебник для студентов высших учебных заведений / В.Б. Арзамасов, А.А. Черепахин. – М.: Экзамен,

2009. – 350 с.

3. Попов, А.И. Основы материаловедения [Текст]: учеб. пособие / А.И. Попов,

В.П. Казаченко. – Минск: Изд-во Гревцова, 2010. – 176 с.

4.Материаловедение [Текст]: практикум / В.И. Городниченко, Б.Ю. Давиденко,

В.А. Исаев [и др.]; Под. ред. С.В. Ржевской. – М.: Университетская книга,

Логос, 2006. – 272 с.

5.Афиногенов, Ю.П. Физико-химический анализ многокомпонентных систем

[Текст]: учебное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. / Ю.П. Афиногенов,

Е.Г. Гончаров, Г.В. Семенова [и др.] – М.: МФТИ, 2006. – 332 с.

6. Лившиц, Б.Г. Металлография [Текст] / Б.Г. Лившиц. – М.: Металлургия,

1971. – 408 с.

26