Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Металловед.черных сплавов 64 л..doc
Скачиваний:
116
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
7.07 Mб
Скачать

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Иркутский государственный технический университет металловедение чёрных сплавов

Лабораторный практикум

Издательство Иркутского государственного технического университета

2007

Металловедение черных сплавов. Лабораторный практикум. Составили: Константинова М.В., Николаева Е.П., Бузевич Г.И., Гусева Е.А. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. – 64 с.

В лабораторном практикуме, посвященном металловедению черных сплавов, представлены краткие сведения из теории, методические указания по выполнению лабораторных работ, контрольные вопросы. Приводятся правила классификации и маркировки сталей и чугунов, основы выбора режимов термической обработки с целью получения комплекса механических свойств, рассматривается влияние легирующих элементов на свойства сплавов, строение стального сварного шва. В работах 6, 7, 8, 9 рассматриваются общие теоретические вопросы металловедения, поэтому эти работы могут быть использованы для изучения любых металлических сплавов.

Лабораторный практикум предназначен для самостоятельной подготовки к лабораторным работам, а также для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Металловедение и термическая обработка металлов» студентами очной и ускоренной форм обучения металлургических, механических, горных, энергетических и геологических специальностей.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент С.Г. Донцова

Библиогр. 10 наимен. Ил. 14. Табл. 15.

Лабораторная работа 1 Диаграмма состояния «железо – углерод»

Цель работы: ознакомиться с диаграммами состояния «железо – углерод» и «железо – цементит», основными фазовыми и структурными превращениями, протекающими в железоуглеродистых сплавах при различных переохлаждениях и концентрациях углерода.

Значение диаграммы состояния «железо – углерод»

Диаграмма «Fe – C» является основой для изучения и практического применения сплавов железа с углеродом. Строение железоуглеродистых сплавов можно изменять в широких пределах. Основными методами управления структурой железоуглеродистых сплавов являются изменения химического состава, условий затвердевания, пластической деформации, термической и термомеханической обработок. Меняя фазовый состав, величину, форму, распределение и дефектность кристаллов, можно широко варьировать и свойствами железоуглеродистых сплавов.

Компоненты и фазы системы «железо – углерод»

Железо– металл полиморфный, который при обычном давлении может существовать в нескольких модификациях. На рисунке 1.1, а показана кривая охлаждения чистого железа. До 911 ºС (точка А3) существует-железо с объемно центрированной кубической решеткой (ОЦК) с периодом решетки 0,286 нм;-железо ферромагнитное, но при температуре 768 ºС (точка Кюри, А2) переходит в парамагнитное состояние без изменения свойств. В интервале температур 9111392 ºС существует-железо с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК) с периодом 0,364 нм, а выше 1392 ºС (А4) – железо с ОЦК решеткой с периодом 0,293 нм, которое обозначают как-железо. Решетка ГЦК более компактна, чем ОЦК, поэтому при полиморфном переходеFeFeобъем железа уменьшается приблизительно на 1%.

Углерод в обычных условиях находится в виде графита, но при высоких температурах и давлении может существовать в виде метастабильной модификации – алмаза. Графит имеет слоистую гексагональную решетку, электропроводен, не прочен.

Фазовых составляющих, илифаз– гомогенных частей системы определенного состава и агрегатного состояния, отделенных от остальных частей рассматриваемой системы поверхностями раздела, – в железоуглеродистых сплавах различают пять:жидкий расплав (раствор), графит, цементит, аустенит, феррит.

Ф

3

ерритиаустенит– это твердые растворы, образовавшиеся в результате внедрения углерода в- и-железо, соответственно. Твердый раствор углерода в-железе называют высокотемпературным ферритом. Углерод, помимо твердых растворов и графита может существовать в сплавах в виде химического соединения –цементитаили карбида железа (Fe3C) со сложной ромбической решеткой с плотной упаковкой атомов. До 210 ºС цементит ферромагнитный от-

а б

Рис. 1.1. Кривая охлаждения железа (а) и диаграмма состояния «железо-углерод» (б)

личается высокой твердостью, хрупкий, температура плавления при нагревании лазерным лучом установлена равной 1260 ºС. При нагревании цементит распадается на графит и феррит.

Основной причиной появления в сплавах железа с углеродом высокоуглеродистой метастабильной фазы в виде цементита являются трудности формирования графита. Образование графита в жидком растворе и твердых растворах  и  связано с практически полным удалением атомов железа из участков сплава, где зарождается и растет графит. Оно требует значительных атомных передвижений. Если железоуглеродистые сплавы охлаждаются медленно или длительно выдерживаются при повышенных температурах, атомы железа успевают удалиться из мест, где формируется графит, и тогда возникают стабильные состояния. При ускоренном охлаждении и недостаточных выдержках удаление малоподвижных атомов железа задерживается, почти все они остаются на месте, и тогда в жидких и твердых растворах зарождается и растет цементит.

Фазовые состояния и структурные превращения железоуглеродистых сплавов в зависимости от состава и температуры описываются диаграммами стабильного или нестабильного равновесия. Эти диаграммы характеризуют превращения в системах «железо – углерод» или «железо – цементит», соответственно.

В стабильном состоянии в железоуглеродистых сплавах встречаются жидкий раствор углерода в железе, -, -, -твердые растворы углерода в модификациях железа (феррит, аустенит) и графит.

На рис. 1.1, б представлена метастабильная диаграмма состояния «Fe–Fe3C». Содержание углерода в диаграмме ограничивается 6,67%, при котором образуется карбид железа (Fe3C).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.