266-fazovye-ravnovesiya-i-strukturoobrazovanie-5mb

2. ДИАГРАММА ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД

В данном разделе предложены задачи различной категории сложности, направленные на развитие инструментальных компетенций разного уровня.

Варианты первой задачи направлены на изучение диаграммы фазового равновесия метастабильной системы железо–углерод.

Варианты второй задачи прививают навыки работы с диаграммой, когда в сплаве происходит структурообразование, реализующееся как по метастабильной, так и по стабильной диаграммам фазового равновесия.

Варианты третьей задачи формируют навыки определения состава сплава по соотношению в нем фазовых или структурных составляющих.

Варианты четвертой и седьмой задач приводят к пониманию закономерностей формирования структуры чугунов.

Варианты пятой и шестой задач прививают навыки графического изображения изменения состава фаз, состава структурных составляющих и их количественного соотношения при изменении состава сплава.

2.1. Описание диаграмм железо–углерод

На рис. 2.1. приведены метастабильная диаграмма железоцементит (Fe3C), и стабильная диаграмма железо–графит (Г). Метастабильная диаграмма изображена сплошными линиями, среди фаз диаграммы присутствует цементит (Fe3C), содержание углерода в котором – 6,67 %, буквенные обозначения точек диаграммы (S, E, P и др.) без штрихов. Стабильная диаграмма железо–углерод заканчивается при концентрации 100 % С, изображена пунктирными линиями, фазы для нее взяты в скобки, вместо цементита стоит графит (Г), буквенные обозначения точек со штрихами (S′, E′, K′ и др.). Если фазовое равновесие в обеих диаграммах осуществляется без участия цементита и графита, линии диаграммы не дублируются и обозначаются сплошными линиями.

Температура плавления чистого железа (точка А) составляет 1539 °С, температуры полиморфных превращений в точках N и G – 1401 и 910 °С соответственно. Линия точек Кюри α-фазы (линия МО:

22

770–768 °С), концентрация углерода в точке О – 0,5 % С. Температура Кюри цементита – 210 °С.

Рис. 2.1. Диаграммы фазового равновесия железо–графит, железо–цементит

Ниже приведены концентрации углерода обозначенных на диаграмме точек, % С по массе:

В некоторых источниках имеются другие значения приведенных в данном случае концентраций и температур. Например, % С в точке Е может быть описан как 2,14 % С, или эвтектоидной температуре в метастабильной диаграмме может присвоено значение 727 °С.

23

2.2. Задачи

Задача 1

В сплавах метастабильной системы заданного химического состава указать температуры аллотропических превращений и фазовых переходов второго рода. Определить температуру, при нагреве до которой сплав перестанет быть ферромагнитным.

Задача 2

Построить кривую термического анализа при охлаждении сплаве заданного химического состава, определить массовые доли фазовых и структурных составляющих при комнатной температуре, нарисовать структуру сплава, определить температуры формирования структурных составляющих.

Задача 3

По заданному соотношению структурных или фазовых составляющих определить химический состав сплава, дать ему название и нарисовать структуру сплава при комнатной температуре.

Задача 4

По заданным значениям содержания общего, свободного и связанного углерода нарисовать микроструктуру сплава при низкой температуре, дать название сплаву, написать эвтектические и эвтектоидные реакции, протекающие в данном сплаве. По указанию преподавателя определить количество фазовых и структурных составляющих сплава при комнатой температуре.

Задача 5

Показать графически изменение химического состава и количества (в массовых процентах) фазовых составляющих в сплаве при понижении температуры.

Задача 6

Показать графически изменение химического состава и количества (в массовых процентах) структурных составляющих сплава при понижении температуры.

Задача 7

Условия задачи следует смотреть ниже.

24

Варианты заданий для задачи 2

1.Серый чугун на перлитной основе с 2,5 % С.

2.Белый чугун с 3,0 % С.

3.Серый чугун на ферритной основе с 4,0 % С.

4.Белый чугун с 3,6 % С

5.Серый чугун на ферритной основе с 3,6 % С.

6.Сталь 20.

7.Сталь У6.

8.Сталь 45.

9.Сталь У8.

10.Сталь У7.

11.Белый чугун с 4,2 % С.

12.Серый чугун на перлитной основе с 3,9 % С.

13.Ковкий чугун с 3,5 % С на ферритной основе.

14.Высокопрочный чугун с 4,0 % С на перлитой основе.

15.Сталь У10.

16.Сталь У12.

17.Сталь с 1,3 % С.

18.Белый чугун с 2,9 % С.

19.Белый чугун с 5,7 % С.

25

20.Сплав метастабильной диаграммы с 3,0 % С.

21.Сплав метастабильной диаграммы с 1,5 % С.

22.Сплав стабильной диаграммы с 5,0 % С.

23.Сплав метастабильной диаграммы с 1,4 % С.

24.Ковкий чугун с 4,0 % С на ферритной основе.

25.Ковкий чугун с 4,0 % С на перлитной основе.

26.Сплав метастабильной диаграммы с 0,01 % С.

27.Белый чугун с 5,9 % С.

28.Сплав метастабильной диаграммы с 0,03 % С.

29.Сталь с 0,3 % С.

30.Серый чугун на перлитной основе с 2,9 % С.

31.Сплав стабильной диаграммы с 3,0 % С.

32.Ковкий чугун на перлитной основе с 3,8 % С.

33.Сплав стабильной диаграммы с 3,5 % С.

Варианты заданий для задачи 3

1.80 % феррита и 20 % цементита при комнатной температуре.

2.20 % феррита и 80 % перлита при комнатной температуре.

3.20 % цементита и 80 % ледебурита при комнатной температуре.

4.20 % аустенита и 80 % ледебурита при 1140 °С.

5.10 % цементита и 90 % ледебурита при 1140 °С.

6.90 % феррита и 10 % цементита при комнатной температуре.

7.1 % графита (по массе), 49 % аустенита и 50 % ледебурита при

1140 °С.

8.10 % жидкого расплава и 90 % цементита при 1147 °С.

9.2 % графита (по массе) и 98 % аустенита при 1000 °С.

10.6 % графита (по объему) и 94 % перлита при комнатной температуре.

11.10 % цементита вторичного, 40 % перлита и 50 % ледебурита при комнатной температуре.

12.7 % графита (по объему) и 93 % феррита при комнатной температуре.

13.40 % цементита и 60 % аустенита при 1000 °С.

14.20 % цементита и 80 % аустенита при температуре 1140 °С.

15.3 % графита (по массе) и 40 % феррита и перлит при комнатной температуре.

16.30 % жидкого расплава и 70 % цементита при 1147 °С.

17.4 % графита (по массе) и 96 % перлита при комнатной температуре.

26

18.3 % графита (по массе), 20 % цементита и феррит при комнатной температуре.

19.2,5 % графита (по массе) и 10 % цементита и феррит при комнатной температуре.

20.20 % феррита и 80 % аустенита при 768 °С.

21.10 % цементита и 90 % аустенита при 723 °С.

22.10 % ледебурита и 90 % аустенита при 1140 °С.

23.4 % графита (по массе), 30 % перлита и феррит при комнатной температуре.

24.40 % аустенита и 60 % жидкого расплава при 1200 °С.

25.10 % цементита и 90 % перлита при комнатной температуре.

26.10 % феррита и 90 % перлита при комнатной температуре.

27.3 % графита (по массе) и феррит при комнатной температуре.

28.1 % графита (по массе), 49 % перлита и 50 % ледебурита при комнатной температуре.

29.2 % графита (по массе), 10 % цементита и перлит при комнатной температуре.

30.Равное количество ферромагнитных фаз при максимальной возможной температуре. Температуру укажите.

31.70 % цементита и 30 % ледебурита при комнатной температу-

ре.

32.60 % аустенита и 40 % ледебурита при температуре 1140 °С.

33.2 % графита (по массе), 15 % цементита и феррит при комнатной температуре.

Варианты заданий для задачи 4

1.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 0,1

2.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 0,1

3.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 0,4

4.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 1,0

5.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 2,7

6.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 0,4

7.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 0,7

8.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 1,1

9.% Собщ = 3,9; % Ссвяз = 2,7

10.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 1,7

11.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 0,00

12.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 2,0

13.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 1,5

27

14.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 0,00

15.% Собщ = 2,9; % Ссвяз = 0,5

16.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 2,5

17.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 1,6

18.% Собщ = 4,3; % Ссвяз = 0,8

19.% Собщ = 4,3; % Ссвяз = 2,5

20.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 2,1

21.% Собщ = 4,8; % Ссвяз = 0,1

22.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 1,4

23.% Собщ = 4,8; % Ссвяз = 2,1

24.% Собщ = 4,0; % Ссвяз = 2,4

25.% Собщ = 4,4; % Ссвяз = 0,9

26.% Собщ = 4,3; % Ссвяз = 0,8

27.% Собщ = 4,3; % Ссвяз = 2,1

28.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 0,8

29.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 2,4

30.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 1,7

31.% Собщ = 4,4; % Ссвяз = 0,1

32.% Собщ = 3,3; % Ссвяз = 0,77

33.% Собщ = 3,0; % Ссвяз = 0,6

Варианты заданий для задачи 5

1.Сплав метастабильной диаграммы с 0,5 % С.

2.Серый чугун на перлитной основе с 4,0 % С.

3.Сплав стабильной диаграммы с 4,0 % С.

4.Белый чугун с 4,25 % С.

5.Серый чугун на перлитной основе с 2,8 % С.

6.Сплав стабильной диаграммы с 2,1 % С. 7.Сталь У7.

8.Серый чугун на перлитной основе с 3,0 % С.

9.Сплав метастабильной диаграммы с 0,4 % С.

10.Белый чугун с 3,0 % С.

11.Сплав стабильной диаграммы с 3,0 % С.

12.Сталь 45.

13.Сталь У12.

14.Белый чугун с 4,0 % С.

15.Серый чугун на перлитной основе с 2,5 % С.

16.Серый чугун на феррито-перлитной основе с 4,0 % С; % Ссвяз = 0,6.

17.Белый чугун с 4,3 % С.

28

18.Сплав метастабильной диаграммы с 0,3 % С.

19.Серый чугун на перлитной основе с 2,9 % С.

20.Сплав стабильной диаграммы с 2,5 % С.

21.Белый чугун с 5,0 % С.

22.Сталь У10.

23.Серый чугун на феррито-перлитной основе с 3,0 % С; % Ссвяз = 0,3.

24.Сталь 20.

25.Белый чугун с 6,0 % С.

26.Сплав метастабильной диаграммы с 0,025 % С

27.Сплав метастабильной диаграммы с 0,2 % С.

28.Белый чугун с 2,6 % С.

29.Сталь 35.

30.Высокопрочный чугун на перлитной основе с 3,0 % С.

31.Высокопрочный чугун на ферритно-перлитной основе с 4,0 % С;

%Ссвяз = 0,5.

32.Сплав метастабильной диаграммы с 2,2 % С.

33.Сплав метастабильной диаграммы с 0,001 % С.

Варианты заданий для задачи 6

1.Серый чугун на перлитной основе с 4,0 % С.

2.Сплав метастабильной диаграммы с 0,2 % С

3.Белый чугун с 4,3 % С.

4.Сплав стабильной диаграммы с 4,0 % С.

5.Сплав стабильной диаграммы с 2,1 % С.

6.Серый чугун на перлитной основе с 2,8 % С.

7.Серый чугун на перлитной основе с 3,0 % С.

8.Сталь У7.

9.Белый чугун с 3,0 % С.

10.Сплав метастабильной диаграммы с 0,4 % С.

11.Сталь 45.

12.Сталь У12.

13.Белый чугун с 4,0 % С.

14.Серый чугун на перлитной основе с 2,5 % С.

15.Серый чугун на феррито-перлитной основе с 4,0 % С; % Ссвяз = 0,6.

16.Белый чугун с 4,8 % С.

17.Серый чугун на перлитной основе с 3,5 % С.

18.Белый чугун с 5,3 % С.

19.Сталь 35.

20.Белый чугун с 4,0 % С.

29