26

Міністерство освіти й науки, молоді та спорту України

Запорізький національний технічний університет

Кафедра технології металів

З. к. № з. 04.12.2.004

Контрольна робота (варіант № 4)

з дисципліни "Технологія конструкційних матеріалів"

Роботу виконала студентка групи Ез - 212

Глущенко Олена Вадимівна

Роботу перевірила викладач Шарапова Валентина Володимирівна

2013 Завдання контрольної роботи

1. Опишіть компоненти і фази залізовуглецевих сплавів, які утворюються на основі різних модифікацій заліза.

Компонентами залізовуглецевих сплавів є залізо і вуглець. На поліморфізм заліза вперше вказав Д.К.Чернов, який у 1868 році звернув увагу на існування в сталі критичних точок та на їх залежність від змісту вуглецю.

Чисте залізо – метал сріблясто-світлого кольору; містить 0,10-0,15% усіх домішок; температура плавлення 1539⁰ С (± 5⁰ С); густина 7, 85 г/см³; має невисоку міцність, низьку твердість, добру пластичність. Властивості залежать від ступеня чистоти.

При нагріванні заліза відбуваються алотропічні перетворення. Залізо при температурах нижчих за 911⁰С та в межах високих температур (1392 … 1539⁰ С) має кубічну об'ємноцентровану кристалічну (ОЦК) решітку (К8), його називають Fe_α.  У температурному інтервалі 911 – 1392⁰ С ОЦК- решітка перетворюється на гранецентровану кристалічну (ГЦК) решітку (К12), залізо позначається як Feγ.

Вуглець у природі може перебувати у твердих розчинах проникнення, в сплавах у цементиті Fe₃C, а також у вигляді графіту. При підвищення температури опір графіту посилюється. Графіт має просту гексагональну кристалічну комірку з координаційним числом 6 (Г6). Характеризується низькою міцністю та поганою пластичністю.

Фази у системі Fe – Fe₃C.

Ферит(Ф) – твердий розчин проникнення вуглецю в α-залізі. Розрізняють низькотемпературний α-ферит і високотемпературний (≥ 1392⁰ С) β-ферит. Максимальна розчинність вуглецю у α-фериті становить 0,02% С при 727⁰С, у β-фериті – 0,1% С при 1499⁰С. Така незначна розчинність пояснюється малими розмірами порожнин в об’ємноцентрованому кубі заліза проти розмірів атома Карбону. Твердість і механічні властивості фериту близькі до властивостей технічно чистого заліза, вони залежать від кількості елементів, присутніх у ньому (деякі метали і неметали утворюють з феритом тверді розчини заміщення).

Аустеніт(А) – твердий розчин проникнення вуглецю в γ-залізі з максимальною розчинністю 2,14% С, позначається як FeγС. Вуглець займає пору в центрі гранецентрованої кристалічної (ГЦК) решітки. Не магнітний, досить пластичний, має низькі значення тимчасового опору і твердості. При температурі 1147⁰ С зміст вуглецю в аустеніті складає 2,14 % С, при 727⁰ С – 0,8 % С. Елементи, які розчиняються в аустеніті, можуть значно змінити його властивості, а також температурні межі його існування.

Цементит (Ц) – хімічна сполука заліза із вуглецем Fe₃C, яка відповідає концентрації вуглецю 6,67% С. Має складну орторомбічну решітку, в елементарному вічку якої знаходяться 12 атомів заліза і 4 – вуглецю. Твердість дуже висока (800 НВ), крихкий, температура плавлення становить близько 1260-1550⁰ С. До 217⁰ С має слабкі феромагнітні властивості.

Рідкий розчин (Р) – однорідна рідина (залізо добре розчиняє вуглець), існує як окрема фаза над лінією ліквідус, а між лініями ліквідус та солідус перебуває у рівновазі з кристалічною фазою (феритом, аустенітом або цементитом).

Перліт (від фр. perle – перлина) є однією із структурних складових залізовуглецевих сплавів – сталей і чавунів. Представляє собою евтектоідну суміш двох фаз – фериту і цементиту (у легірованих сталях – карбідів). Продукт евтектоідного розпаду (перлітного перетворення) аустеніту при порівняно тривалому охолодженні залізовуглецевих сплавів нижче за 727 °C. При цьому γ-залізо переходить у α-залізо, в якому розчинність вуглецю складає від 0,006 до 0,025%; надлишковий вуглець виділяється у формі цементиту або карбідів. Залежно від форми розрізняють перліт пластинчастий (основний вигляд перліту; обидві фази мають форму пластинок) і зернистий (округлі зернятка, або глобулі, цементиту розташовуються на тлі зерен фериту). Зі збільшенням переохолодження зростає число колоній перліту, тобто ділянок з одноманітною орієнтацією пластинок фериту і цементиту (карбідів), а самі пластинки стають тоншими. Механічні властивості перліту залежать в першу черга від міжпластинкової відстані (сумарна товщина пластинок обох фаз): чим воно менше, тим вище значення межі міцності і межі текучості і нижче критична температура холодноламкості. При перлітовій структурі полегшується механічна обробка стали. Дисперсні різновиди перліту називають сорбітом і трооститом.

Ледебурит – структурна складова залізовуглецевих сплавів, головним чином чавунів, що є евтектичною сумішшю аустеніту і цементиту в інтервалі температур 727–1147 °C, або фериту і цементиту нижче 727 °C. Названий на честь німецького металурга Карла Генріха Адольфа Ледебура, який відкрив «карбідні для заліза зерна» у чавунах в 1882 р.

Основна фаза, що ініціює зародження ледебуриту – цементит. На пластинці цементиту, що зародилася в евтектичній рідині, розростається плоский дендрит аустеніту. Далі йде порівняно швидке парне зростання взаємно пророслих кристалів обох фаз. Кожна з фаз у межах однієї колонії ледебуриту безперервна, тобто відноситься до одного кристала.

Залежно від температури, фазовий склад ледебуриту може бути різним. Так, в температурному інтервалі від 1147 °C до 727 °C ледебурит складається з аустеніту і цементиту, а при температурах нижче 727 °C – з перліту і цементиту. Ледебурит володіє високою твердістю і крихкістю.