Примеры выполнения заданий

Задание №2.

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные и фазовые составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения которые будут происходить при медленном охлаждении сплава с содержанием углерода 0,5% в интервале температур от 1600ºС до 20ºС, постройте кривую охлаждения для данного сплава (с применением правила фаз). Охарактеризуйте этот сплав и определите для него количество, состав фаз и их процентное соотношение при температуре 620ºС (с применением правил отрезков).

Построение кривой охлаждения:

Пояснение процесса:

Сплав, содержащий 0,5% углерода, выше точки a₁ находится в жидком состоянии. В точке a₁ при температуре ≈1520°С из жидкости начинают выделяться кристаллы аустенита. При дальнейшем охлаждении сплава состав жидкой фазы будет изменяться по линии AC, а состав аустенита по линии AE. В точке a₂ при температуре ≈1420°С процесс кристаллизации аустенита заканчивается. От точки a₂ до точки a₃ не происходит никаких превращений, идет процесс охлаждения аустенита. В точке a₃ при температуре ≈770°С начинается полиморфное превращение, происходит перестройка кристаллической решетки, в результате из аустенита выделяется феррит. По мере охлаждения сплава, состав аустенита изменяется по линии GS, а феррита по линии GP. К моменту достижения температуры 727°С аустенит содержит 0,8% углерода. При температуре 727°С происходит распад аустенита, образуется механическая смесь феррита и цементита – перлит. Распад аустенита происходит при постоянной температуре (участок 4 – 4' на кривой охлаждения). Ниже температуры 727°С в сплаве не происходит никаких структурных превращений. Таким образом, данный сплав при нормальной температуре состоит из феррита и перлита.

Определим количество состав фаз и их процентное соотношение для данного сплава при температуре 620°С.

На диаграмме состояния определим местоположение точки с заданными координатами – составом и температурой (точка a).

Через точку a параллельно оси концентрации проведем отрезок bc до пересечения с линиями фазового равновесия. Этот отрезок называется конодой.

Определим точки пересечения b и c и опустим перпендикуляры из концов коноды на ось концентрации. Полученные значения концентраций соответствуют составу фаз.

Сплав содержащий 0,5%С при температуре 620°С состоит из двух фаз – феррит и цементита. При этом содержание углерода в феррите ≈0,01%С (точка b₁), а в цементите 6,67 %С (точка с₁).

Для установления процентного соотношения фаз определяем длины отрезков bc, ba, ac. Тогда процентное содержание данной фазы равно отношению длины отрезка, прилегающего к другой фазе, к длине всей коноды, умноженному на 100%.

bc=6,67–0,01=6,66; ba=0,5–0,01=0,49; ac=6,67–0,5=6,17.

Следовательно, процентное содержание феррита в сплаве при рассматриваемых условиях: Q_{феррита}=(ac/bc)=(6,17/6,66)×100=92,6%.

Процентное содержание цементита в сплаве:

Q_{цементита}=(ba/bc)=(0,49/6,66)×100=7,4%.