Применение правила отрезков к диаграмме 3-го рода

Температура t₁, точка i.

1. относительное количество:

2. химический состав:

Температура t₂, точка m.

1. относительное количество:

2. химический состав:

В сплавах, относящихся к диаграмме 3-го рода, после окончания процесса кристаллизации в твердом состоянии происходят диффузионные процессы:

• выравнивание разницы в химических составах, связанное с ликвацией

• перераспределение компонентов между фазами  и  в связи с изменением растворимости компонентов друг в друге (правило отрезков для точки m)

Для диаграмм 1 и 3 типа правило отрезков позволяет определить не только относительное количество фаз, но и относительное количество структурных составляющих сплава (первичных кристаллов и эвтектики).

Связь диаграмм состояний со свойствами сплавов.

Диаграммы Курнакова.

Свойства сплава зависят от химического состава и структуры сплава:

1.Изменение химического состава твердого раствора вызывает существенное нелинейное изменение свойств.

2.Изменение весового соотношения составляющих механических смесей линейно связано с изменением свойств сплава

Наличие этой связи позволяет определить свойства новых сплавов при минимальном объеме эксперимента. По характеру изменения свойств сплава можно предсказывать тип диаграммы состояния.

Сплавы на основе железа

Диаграмма железо-углерод

Диаграмма железо-углерод является сложной диаграммой компонентов, образующих химическое соединение. Из-за различной валентности железа существует несколько химических соединений железа и углерода.

Для технического использования применяются сплавы с низким содержанием углерода (до 6.67% С), следовательно, рассматриваем только область «железо-цементит».

Диаграмма железо-цементит

ACD - линия ликвидус

AECF – линия солидус

ECD – линия эвтектического превращения

С – точка эвтектики

Эвтектический сплав – легкоплавкий сплав (структура – механическая смесь), образуется из жидкости.

Эвтектойдный сплав – образуется из твердого состояния, подобен эвтектике.

Эвтектика ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита, температура образования = 1147°С.

SE – линия предельной растворимости углерода в аустените

GS – нижняя граница устойчивости аустенита

PSK – линия эвтектойдного превращения аустенита в перлит (t<727°C)

PM – линия предельной растворимости углерода в феррите

Основные структурные составляющие

Аустенит – ограниченный твердый раствор внедрения углерода в кристаллическую решетку Fe_γ (ГЦК).

• высокотемпературная фаза

• появляется на этапе первичной кристаллизации

• с_max =2,14% при t=1147°C (точка Е)

• устойчив при t>727°C

• при t=727°C содержание С=0,8%

• при t<727°C аустенит превращается в перлит

• при понижении температуры диапазон растворимости углерода в аустените сужается (линии SG, SE)

Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита.

• содержание С=0,8%

• образуется из аустенита за счет диффузионного перераспределения углерода при температуре t<727°C

• структура – смесь чередующихся пластинок феррита и цементита

Цементит – химическое соединение Fe₃C (карбид железа)

• содержание С=6,67%

• сложная кристаллическая решетка, постоянный химический состав (стехиометрический состав)

• высокая твердость, прочность, хрупкость

Феррит – ограниченный твердый раствор внедрения углерода в кристаллическую решетку α-железа.

• кристаллическая решетка – ОЦК

• С=0,025% при t=727°C

• C=0,006% при t=20°C

• низкотемпературная фаза

• низкая прочность, высокая пластичность

• близок к химически чистому железу

Ледебурит перлитный - эвтектическая смесь перлита и цементита.

• образуется из ледебурита аустенитного при распаде аустенита при t <727°C

В сплавах Fe и C происходит ряд превращений в твердом состоянии. В их основе:

1. Наличие различных типов кристаллической решетки железа (аллотропия)

2. Различная растворимость углерода в различных кристаллических решетках.

3. Изменение растворимости углерода при изменении температуры.

Физический механизм большинства превращений в твердом состоянии – диффузия.

0%<C<2,14%

сталь

0%<C<0,8% 0,8%<C<2,14%

доэвтектойдные заэвтектойдные

стали стали

2,14%<C<6.67%

чугун

2,14%<C<4,3% 4,3%<C<6,67%

доэвтектические чугуны заэвтектические чугуны

(технические сплавы, (в технике не применяются)

применяются для изготовления

деталей машин)

1. доэвтектическая сталь (сплав)

2. заэвтектическая сталь (сплав)

3. доэвтектический чугун