- •Курсовая работа
- •Задание.
- •Содержание
- •1 Анализ диаграммы состояния системы железо-цементит и сплава с содержанием углерода 0,4%
- •1.1 Диаграмма и её описание
- •1.2 Структурные составляющие и фазы во всех областях диаграмм и их определение с указанием твердости
- •1.3 Кривая охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 ºС и её описание (с применением правила фаз) для сплава с содержанием углерода 0,4%
- •1.4 Содержание углерода в фазах и количественное соотношение этих фаз при температуре 1500 ºС для заданного сплава.
- •1.5 Микро структура заданного сплава при температуре 18ºС и описание механических и технологических свойств.
- •2 Для детали винт выбрать материал и назначить вид термической обработки (химико-термической обработки).
- •2.1 Расшифровка выбранной марки стали и указание, к какой группе она относится.
- •2.2 Вид и режим термической обработки применяемой для детали с содержанием углерода 0,4%.
- •2.3 Влияние легирующих элементов на всех этапах термической обработки.
- •2.4 Основные свойства детали, приобретённые после термической обработки.
- •2.5 Микроструктура стали после термической обработки и определения отдельных структурных составляющих с указанием твердости.
- •Список использованных источников
1 Анализ диаграммы состояния системы железо-цементит и сплава с содержанием углерода 0,4%
1.1 Диаграмма и её описание
Рисунок 1
На рисунке 1 приведен упрощенный вид цементитной диаграммы.
По вертикальной шкале представлена температура от 600ºС до 1600ºС, а по горизонтальной – количество углерода в сплаве. Наибольшее количество углерода по диаграмме (6,67%) соответствует массовому содержанию углерода в химическом соединении – цементите. Следовательно, компонентами, составляющими сплавы этой системы, будут, с одной стороны, чистое железо Fe, с другой – цементит Fe3C.
Линия АСD – ликвидус, а линия AECF – солидус. Выше линии АС сплавы системы находятся в жидком состоянии (Ж). По линии АС из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в γ-железе, называемого аустенитом (А); следовательно, в области АСЕ будет находиться смесь двух фаз- жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). По линии CD – из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита (Ц); в области диаграммы CFD находится смесь двух фаз – жидкого раствора (Ж) и цементита (Ц). В точке С при массовом содержании С 4,3% и температуре 1147 ºС происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь эвтектика, называемая в этой системе ледебуритом (Л). Ледебурит присутствует во всех сплавах с массовым содержанием С от 2,14 до 6,67%. Эти сплавы относят к группе чугуна.
Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,14%).
Линии GSE, PSK и GPQ показывают, что в сплавах системы в твердом состоянии происходят изменения структуры.
В области диаграммы AGSE находится аустенит (А). При охлаждении сплава аустенит распадается с выделением по линии GS феррита (Ф) – твердого раствора в α-железе, а по линии SE – цементита. В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз – феррита (Ф) и распадающегося аустенита (А), а в области SEe1 – смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита. В точке S при массовом содержании углерода 0,8% и при температуре 727ºС весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита – эвтектоид (т.е. подобный эвтектике), который в этой системе называется перлитом (П). Сталь, содержащая 0,8% С, называется эвтектоидной, менее 0,8% - доэвтектоидной, от 0,8 до 2,14% С – заэвтектоидной.
При охлаждении сплавов по линии PSK происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита; поэтому линия PSK называется линией перлитного (эвтектоидного) превращения.
1.2 Структурные составляющие и фазы во всех областях диаграмм и их определение с указанием твердости
Фазой называют однородную часть сплава, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние, отделенную от других частей сплава поверхностью раздела.
Фазы могут представлять собой как чистые элементы, так и химические соединения, твердые и жидкие растворы.
Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом Fe3C, содержащее 6,67% углерода. Цементит магнитен, обладает высокой твердостью (твердость по Бринеллю = 8000 МПа) и хрупкостью. Из этого следует, что цементит в сплавах железа с углеродом повышает их твердость, но уменьшает вязкость и пластичность. В структурах сталей и чугунов цементит присутствует в виде игл, отдельных включений и сетки по границам зерен.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железо Feα(C). Структура феррита представлена одной фазой – твердым раствором, состав которого изменяется с изменением температуры. Феррит обладает высокой пластичностью (до 50%), низкими твердостью (НВ=700-800 МПа) и прочностью (=250 МПа) и высокими магнитными свойствами.
Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо. Кубическая гранецентрированная решетка. Его структура представлена одной фазой – твердым раствором, который может иметь переменный состав в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше углерода растворяется в кристаллической решетке железа. Аустенит не магнитен, обладает большой пластичностью при высокой температуре и малой склонностью к хрупкому разрушению.
В зависимости от температуры и содержания углерода сплавы железа с углеродом могут иметь следующие структурные составляющие: феррит (Ф), цементит (Ц), аустенит (А), перлит (П) и ледебурит (Л). См. рис.1.
Перлит – эвтэктоидная смесь, состоящая из двух фаз: феррита и цементита. Эта структура образуется в результате распада аустенита с содержанием углерода =0,8% при t = 727ºС.
В зависимости от формы частиц цементита перлит может быть пластичным или зернистым. Твердость пластичного перлита НВ составляет 2000-2500 МПа, а зернистость – 1600-2200 МПа.
Ледебурит – эвтектичная смесь, которая образуется из жидкой фазы (из расплава) с концентрацией углерода 4,3% при t = 1147ºС. В диапазоне температур 1147 – 727 ºС ледебурит состоит из двух фаз – аустенита и цементита; при температуре ниже 727 ºС ледебурит также представляет механическую смесь, но состоящую уже из перлита и цементита. Содержание С постоянно = 4,3%. Твердость ледебурита НВ достигает 7000 МПа.