Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диаграмма «железо-углерод». Методические указания к домашним заданиям, контрольным работам, упражнениям по изучению фазовых превращений и по образован
.pdf
21
определению количества и состава фазовых и структурных составляющих.
%100
7,0100
7,00,3
92,2100
%100
025,067,6
8,067,6
%100
PK
SK
%100
025,067,6
025,08,0
%100
PK
PS
100
8868,97
%68,11
100
1268,97
Ниже рассмотрены в качестве примеров несколько задач по серым чугунам.
Пример 1.
Серый чугун на перлитной основе содержит 3% углерода (С
= 3%).
общ
Найти количество фазовых составляющих при комнатной температуре.
Количество графита определить в весовых процентах.
Так как структурными составляющими являются перлит и графит,
следовательно, фазовые превращения в сплаве по стабильной системе
протекали до температуры эвтектоидного превращения, а эвтектоидная реакция
- по метастабильной системе.
Для расчета количества фазовых составляющих необходимо
предварительно определить количество структурных составляющих (рис. 6).
Весовое количество графита и перлита
Q
Г(вес)
Q
=
П(вес)
=
= 2,32%;
= 97,68%.
Помимо графита в сплаве присутствуют фазы: феррит и цементит. В
100% перлита содержится феррита:
QФп =
цементита:
QЦп =
В рассмотренном сплаве количество перлита составляет 97,68%,
следовательно, в нем содержится феррита:
QФ=
цементита
QЦ=
= 88%;
= 12%.
=86%;
.
22
Таким образом, при комнатной температуре количество фазовых
%100
11,2100
11,23
%100
'F'E
'E2
%100
7,0100
7,03
%100
'K'S
'S4
%100
023,0100
023,03
%100
'K'P
'Р4
составляющих будет: феррита 86%, цементита 11,68%, графита 2,32%.
Пример 2.
Серый чугун на ферритной основе содержит 3% С. Рассчитать
количество графита, образовавшегося в нем по эвтектической и
эвтектоидной реакциям.
Количество графита Q1, образовавшегося по эвтектической реакции
(рис.6),
Q1=
= 0,91%.
Теперь найдем количество графита Q2, выделившегося в сплаве при его
охлаждении до температуры t4. Оно будет складываться из графита,
образовавшегося по эвтектической реакции Q1, и вторичного графита Q2,
выделившегося в интервале температур t2 — t4:
Q2=
= 2,32%.
Общее количество графита в сплаве после окончания эвтектоидного
превращения :
Q3=
= 2,98%.
Количество графита, выделившегося по эвтектоидной реакции:
Q4 = Q3 – Q2 = 2,98% - 2,32% = 0,66%.
Пример 3.
В сплаве, содержащем 3,5% С, при комнатной температуре 1,0% С
находится в форме графита, остальной - в виде цементита. Требуется
определить возможную структуру чугуна и рассчитать структурные
составляющие при Т=25 °С.
23
А. Определение структуры чугуна
%100
11,2100
11,25,3
%100
'F'E
'E2
Углерод присутствует в сплаве В разных состояниях, следовательно, при
охлаждении превращения идут как по стабильной, так и по метастабильной
системам. Задача сводится к определению температуры, начиная с которой
превращения пойдут по метастабильной системе.
Предположим, что эвтектическая реакция полностью прошла по
стабильной системе. В этом случае количество графита будет (рис. 6,а):
QГ =
= 1,42%.
В заданном сплаве содержится 1,0% графита. Cледовательно, часть
жидкой фазы эвтектического состава кристаллизуется по стабильной системе,
остальная же часть жидкости кристаллизуется с образованием ледебурита.
Дальнейшие фазовые превращения будут идти в соответствии с
метастабильной диаграммой. Кривая охлаждения показана на рис. 6,б. При
температуре 25 °С сплав имеет структуру: Лпр + Г + П + ЦII -это структура
половинчатого чугуна.
24
Рис. 6. Диаграмма «железо-углерод»: а – диаграмма; б – кривая охлаждения сплава
2
4
25
Б. Расчет количества структурных составляющих
%3,35%100
11,226,4
5,326,4
%100
'C'E
'C2
Q
A
42,1
0,17,64
Расчет структурных составляющих следует начинать с температуры
перехода фазовых превращений со стабильной на метастабильную систему
(точка 2).
При температуре точки 2 (до эвтектической реакции) сплав состоит из
двух структурных составляющих: А и L.Количество аустенита
;
количество жидкой фазы QL = 100-35,3 = 64,7%.
Это количество жидкой фазы частично превращается в ледебурит (Qл), а
частично кристаллизуется по стабильной системе с образованием графитной
эвтектики (Qгэ), т.е.
QL = Qл + Qгэ.
Из расчетов, приведенных выше (в разделе А), следует, что если вся
жидкая фаза кристаллизуется по стабильной системе, то количество графита
будет 1,42%. По условию в сплаве его должно быть 1,0%. Составив пропорцию,
найдем количество жидкой фазы QL , закристаллизовавшейся в графитную
эвтектику:
QL1= QГЭ=
= 45,5%.
Следовательно, количество ледебурита
QЛ = QL- Qгэ =64,7 – 45,5 = 19,2%.
26
5. Оформление домашнего задания по диаграмме
«железо - углерод»
Задание включает задачи по метастабильной диаграмме «железо-
цементит» (рис. 2) и по стабильной диаграмме «железо-углерод» (рис. 1).
Последовательность выполнения задания:
1. Начертить в масштабе совмещённую диаграмму «железо-углерод».
2. Расставить во всех областях фазы.
3. Дать характеристику диаграммы:
а) описать все фазы, встречающиеся в диаграмме, дав им определения;
б) записать все изотермические фазовые превращения с указанием
температур, при которых они происходят, для стабильной и метастабильной
части диаграммы;
в) привести таблицу критических точек (концентрация углерода,
температура);
г) привести условие задачи.
Порядок выполнения первой части задания, касающегося диаграммы
«железо-цементит»:
1. Привести диаграмму «железо-цементит», определить состав сплава и
нанести его на диаграмму.
2. Подробно описать фазовые превращения в сплаве с построением
кривой охлаждения.
При описании фазовых превращений для каждого температурного
интервала указать:
- тип превращения;
- изменение состава фаз в данном температурном интервале;
- объяснить ход кривой охлаждения с помощью правила фаз Гиббса.
3. Привести схему структурообразования.
4. Выполнить все расчёты количества фазовых и структурных
составляющих для заданного сплава при температуре 20 оС.
27
Определить с помощью правила отрезков:
а) для фазовых составляющих:
- состав каждой фазы с указанием концентрации компонентов;
- количественное соотношение фазовых составляющих (в %);
б) для структурных составляющих:
- состав каждой структурной составляющей;
- количественное соотношение структурных составляющих.
Если структурных составляющих 3 и более, то необходимо к расчёту дать
подробные пояснения.
5. Выполнить расчёты, требуемые в условии задачи. Решение задачи
должно сопровождаться подробными объяснениями.
6. Задачи по анализу фазовых превращений в сталях
Задача 1. Сплав весом в одну тонну содержит 0,5% С. Рассчитайте вес
фазовых и структурных составляющих до и после эвтектоидной реакции.
Задача 2. Сплав содержит 1,0% С. Сколько цементита растворится в
феррите при нагреве образца весом 50 г от 20° до 700 °С?
Задача 3. Сплав содержит 0,3% С. Сколько цементита растворится в
феррите при нагреве образца весом 300 г от 600 до 727 °С?
Задача 4. Сплав содержит 0,45% С. Какое количество феррита и
цементита образуется по эвтектоидной реакции в этом сплаве, если его вес
равен 1000 г?
Задача 5. Сплав содержит 1,3% С. Сколько килограммов цементита
израсходуется на образование перлита при охлаждении образца весом 5 кг и
сколько перлита при этом образуется?
Задача 6. Рассчитайте, какое количество феррита имеется в 500 г. сплава,
содержащего 0,40% С, перед началом эвтектоидного превращения и какая часть
его будет участвовать в этом превращении.
28
Задача 7. Сплав содержит 1,1% С. Постройте кривую охлаждения и
рассчитайте тепловые эффекты в точках A1 и А0 на 10 кг сплава, если известно,
что при распаде 1 г аустенита при 727 °С выделяется 65,9 Дж, а на 1 г
цементита при 217 °С - 40,7 Дж.
Задача 8. Сплав содержит 0,15% С. Постройте кривую охлаждения и
рассчитайте тепловые эффекты В точках A1 и А0 на 100 г сплава, если известно,
что на 1г цементита при его магнитном превращении выделяется 40,7 Дж, а на
1 г перлита - 65,9 Дж.
Задача 9. Сплав содержит 0,6% С. Постройте кривую охлаждения и
рассчитайте тепловые эффекты всех фазовых превращений для сплава весом
1000 кг, если известно, что на 1 г аустенита при γ→α превращении выделяется
22,3 Дж, на 1 г перлита - 65,9 Дж, а на 1 г цементита при 217 °С выделяется
40,7 Дж.
Задача 10. Сплав содержит 1,2 % С. Постройте кривую нагрева и
рассчитайте тепловые эффекты в точках А0 и A1, на 1 кг сплава, если известны
тепловые эффекты магнитного превращения цементита (на 1 г - 40,7 Дж) и
перлитного превращения (на 1 г - 65,9 Дж).
Задача 11. Для стали весом 1 т, содержащей 0,3% С, рассчитать, какое
количество феррита будет претерпевать магнитное превращение в точке Кюри
и какое его количество расходуется в эвтектоидном превращении.
Задача 12. Сплав содержит 1,0% С. Рассчитайте для этого сплава весовое
количество фазовых составляющих. В каких соотношениях эти фазы
распределяются в структурных составляющих при 20°С, если вес сплава равен
10 кг?
Задача 13. Сплав содержит 0,7% С. Рассчитайте для этого сплава весовое
количество фазовых составляющих. В каких соотношениях эти фазы
распределяются в структурных составляющих при 650°С, если вес сплава равен
1 т?
29
Задача 14. Сплав содержит 1,4% С. Рассчитайте, сколько всего цементита
в сплаве весом 1 кг. Как этот вес распределяется в структуре при 20°С?
Задача 15. Сплав содержит 0,25% С. Зарисуйте возможную структуру на
разных этапах охлаждения от жидкого состояния до 20
о
С и рассчитайте,
сколько всего феррита имеется в сплаве весом 1 кг. Как этот вес распределяется
между ферритом разной структуры, образовавшейся при различных реакциях
фазовых превращений?
Задача 16. В сплаве, содержащем 0,45% С, определить температуру
фазовых превращений I и II рода; рассчитать, какая доля общего слитка
участвует в каждом превращении.
Задача 17. Сплав содержит 1,0% С. Рассчитайте, каков вес цементита,
принимающего участие в эвтектоидной реакции, при общем весе образца 100 г.
Задача 18. Рассчитайте количество цементита вторичного и третичного в
сплаве, содержащем 1,3% С. В каком виде (структурно) и количестве находится
оставшаяся цементитная фаза?
Задача 19. Сплав содержит 0,12% С. Какое количество феррита приняло
участие в перетектическом превращении и в эвтектоидном превращении?
Задача 20. Сколько выделится цементита в интервале температур 727 -
20° С и какое его количество будет в свободном виде и в перлите? Сплав
содержит 0,45% С.
Задача 21. Сталь содержит 0,65% С. Рассчитать, сколько весит феррит и
цементит, выделившийся из аустенита эвтектоидного состава в слитке весом
100 кг.
Задача 22. Сплав содержит 0,9% С. Рассчитать количество феррита и
цементита третичного в перлите, если вес слитка 1 т.
Задача 23. При температуре 768°С в стали весом 1 кг содержится 800 г
аустенита. При эвтектоидной реакции аустенит распадается на ферритноцементитную смесь. Какое количество феррита и цементита образуется в
результате этого распада?
30
7. Задачи по анализу фазовых и структурных превращений
в белых чугунах
Задача 24. Белый чугун содержит 2,5% С. Рассчитайте, какая весовая
доля аустенита первичного и эвтектического образовалась при кристаллизации
этого сплава.
Задача 25. Сплав содержит 47% С. Рассчитайте, какая весовая доля
цементита первичного и эвтектического образовалось при кристаллизации
этого сплава, если вес слитка 1 тонна.
Задача 26. В сплаве содержится 3,5% С. Рассчитайте, какое количество
цементита. вторичного выделится из кристаллов аустенита В интервале
температур 1000 - 950°С. Вес слитка 200 граммов.
Задача 27. В сплаве содержится 4,5% С. Рассчитайте, какое количество
цементита вторичного выделится из аустенита, входящего в эвтектику, в
интервале температур 1050 - 880°С. Вес слитка 100 граммов.
Задача 28. Белый чугун содержит 3,2% С. Приведите кривую охлаждения
и рассчитайте тепловые эффекты превращения в точках A1 и А0 для образца
весом 700 т., если известны тепловые эффекты соответствующих фазовых
превращений: на 1 г перлита при 727°С - 65,9 Дж и на 1 г цементита при 217°С
- 40,7 Дж.
Задача 29. Сплав содержит 4,9% С. Рассчитайте, какое количество
цементита принимает участие в эвтекгоидной реакции и каков будет тепловой
эффект, если известно, что при образовании 1 г перлита выделяется 65,9 Дж.
Вес слитка 500 г.
Задача 30. Сплав содержит 3,0% С. Рассчитайте весовое количество
цементита при 20°С. В каких соотношениях он распределяется между
различными структурными составляющими, если вес слитка 1 тонна?
Задача 31. Белый чугун содержит 2,3% С. Рассчитайте количество
цементита третичного в перлите и в ледебурите. Вес слитка 250 г.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]