5. Примеры выполнения заданий

Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую охлаждения (с применением правила фаз) от 1600С до комнатной температуры для сплава, содержащего 0,3 %С.

Диаграмма состояния железо-углерод (железо-цементит) представлена на рис.1.

Описание диаграммы железо-цементит, правил фаз и отрезков, а также превращений, происходящих в сплавах при охлаждении, приводится с использованием рекомендуемой литературы [1],[2].

Рассмотрим превращения, происходящие в сплаве (0,3 %С) при охлаждении, и построим кривую охлаждения для заданного сплава (рис.2) с применением правила фаз.

Выше линии АВ(линии ликвидус) сплав находится в жидком расплавленном состоянии (Ж). При достижении температуры линии АВ (точка 1) и ниже этой линии происходит выделение феррита из жидкого сплава. Поэтому ниже точки 1 структура сплава состоит из жидкого раствора и кристаллов феррита (Ф + Ж).

Линия HJB(точка 2) – линия перитектического нонвариантного (С = 0) равновесия (1490С). При достижении температуры, соответствующей линииHJB, происходит перитектическая реакция – жидкость состава точкиВ(0,51 %С) взаимодействует с кристаллами феррита состава точкиНс образованием аустенита состава точкиJ:

Ж_В+ Ф_НА_J.

Итак в сплаве, содержащем 0,3 %С при перитектической температуре образуется аустенит, но некоторое количество жидкой фазы остается:

Ж_В+ Ф_НЖ_В+ А_J.

Поэтому при температуре ниже линии JB(точки 2) рассматриваемый сплав имеет двухфазную структуру, состоящую из аустенита и жидкой фазы (А + Ж).

Процесс кристаллизации закончится по достижении температуры, соответствующей линии JE(точка 3). После затвердевания сплав приобретает однофазную структуру – аустенит (А).

При достижении температуры линии GSдиаграммы (точка 4) из аустенита начинает выделяться феррит, и поэтому ниже линииGSструктура сплава состоит из феррита и аустенита (Ф + А).

Линия эвтектоидного превращения PSK(727С) при охлаждении соответствует распаду аустенита (0,8 %С) с образованием эвтектоида - ферритоцементитной структуры, получившей название перлит.

При охлаждении сплава, содержащего 0,3 %С, до температуры линии PSK(точка 5) происходит следующее эвтектоидной превращение:

А_SФ_Р+ Ц_К, т.е. АП.

Следовательно, ниже линии PSKсплав, содержащий 0,3 %С, состоит из перлита и феррита (П + Ф). Такую структуру имеет доэвтектоидная сталь 30.

Рис.1. Диаграмма состояния железо-углерод (железо-цементит)

Рис.2. Кривая охлаждения сплава (0,3 %С)

Задача 2.Рассчитать количество каждой фазы (с применением правила отрезков) в сплаве, содержащем 1,5 %С при температуре 1350С.

Сплав, содержащий 1,5 %С, называется заэвтектоидной сталью. Такой сплав имеет исходную структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. Фазовый состав сплава при температуре 1350С – аустенит + жидкость.

Рассчитаем по правилу отрезковфазовый состав сплава, содержащего 1,5 %С (рис.1):

Задача 3.Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру закалки для стали 40. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.

Сталь 40 является доэвтектоидной сталью, содержащей 0,4 %С.

Закалка– заключается в нагреве стали выше критической температуры, выдержке и быстром охлаждении со скоростью выше критической. При таком охлаждении происходит бездиффузионное превращение аустенита. Образующийся пересыщенный раствор углерода в-железе называетсямартенситом.

Выбор температуры закалки сталей проводится по диаграмме железо-цементит. Для доэвтектоидной стали 40 проводится полнаязакалка; при этом нагрев стали производится до температуры на 30-50С выше линииGS. Для стали 40 эта температура составляет840-850С (рис.1).

Сталь, закаленная на мартенсит, находится в сильно напряженном состоянии и обладает повышенной твердостью и хрупкостью. Для снижения внутренних напряжений применяют отпуск сталей.