ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Вивчити фази та структури, які утворюються в залізовуглецевих сплавах.

2.2 Вивчити області діаграми залізо-цементит, а також структурні перетворення, які відбуваються на лініях діаграми.

2.3 Навчитися аналізувати структурні зміни сплавів будь-якої концентрації при їх нагріванні та охолодженні.

2.4 Навчитися практичному використанню правила фаз та правила відрізків в різних зонах діаграми.

 

3 ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ

3.1 Необхідно знати, що таке , ,,.

3.2 Необхідно знати, що являє собою аустеніт, ферит, перліт, цементит та ледебурит.

3.3 Необхідно знати структурний та фазовий склад усіх областей діаграми, а також перетворення, які відбуваються на лініях діаграми.

3.4 Вміти аналізувати структурні зміни, які відбуваються в сплавах при їх нагріванні та охолодженні.

3.5 Вміти застосовувати правило фаз при будуванні кривих охолодження сплавів з різним вмістом вуглецю.

3.6 Вміти визначати за допомогою правила відрізків кількість кожних фаз, які входять до сплаву при різних температурах .

3.7 Вміти визначати вміст вуглецю в кожній фазі будь-якого сплаву при різних температурах. [1,159-179; 3, с.30-34]

 

4 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Алотропічні форми чистого заліза.

Вуглецева сталь та чавун – найбільш поширені металеві сплави сучасного машинобудування. Вони є сплавами заліза з вуглецем.

Чистому залізу присутня властивість алотропії, тобто у різних температурних інтервалах воно може мати різну будову кристалічної гратки. На рисунку1 зображена крива охолодження чистого заліза.

 

 

Рисунок 1 – Крива охолодження

чистого заліза

 

 

По кривій охолодження можна побачити, що чисте залізо кристалізується при температурі 1539С з утворенням , у якого кристалічна гратка - об’ємно-центрований куб (ОЦК). При температурі 1401С відбувається перебудова кристалічної гратки з ОЦК в гранецентровану (ГЦК) – утворюється . існує до 911С. При цій температурі відбувається перебудова кристалічної гратки ГЦК в ОЦК – утворюється . При 768С (точка Кюрі) відбувається зупинка на кривій охолодження, зв’язна не з перебудовою гратки, а із зміною магнітних властивостей. Нижче 768С з'являються магнітні властивості, залізо стає магнітним. Таке залізо звуть .

 

Фази та структури залізовуглецевих сплавів.

Практичне застосування в техніці знаходять залізовуглецеві сплави, які містять менше 6,67С. Залізо в такій граничній концентрації вуглецю утворює хімічну сполуку Fe₃С, яка називається цементитом. Температура його плавлення становить 1660С. Він феромагнітний, температура точки Кюрі дорівнює 217С. Він дуже твердий (НV 800) та крихкий.

Крім хімічної сполуки, залізо з вуглецем може утворювати тверді розчини – аустеніт та ферит.

Аустеніт – твердий розчин впровадження вуглецю в . Гранична розчинність вуглецю в аустеніті збільшується при підвищенні температури: з 0,8% (727 С) до 2,14% (1147С).

Ферит - твердий розчин впровадження вуглецю в. Гранична розчинність вуглецю вдорівнює 0,02%С при 727С.

Аустеніт, ферит, цементит, а також рідкий сплав (L) є фазами в залізовуглецевих сплавах. Крім того, ферит з цементитом можуть утворювати структуру, яка являє собою механічну суміш кристалів, яку називають перлітом. Така ж суміш аустеніту з цементитом зветься ледебуритом.

Перліт– це евтектоїдна суміш фериту та цементиту, із вмістом 0,8%С.

Ледебурит– це евтектична суміш, яка складається в інтервалі температур 1147 - 727С з аустеніту та цементиту, а нижче 727С – з перліту та цементиту. Ледебурит містить 4,3% вуглецю.

 

Діаграма стану сплавів залізо-цементит.

Діаграма стану сплавів залізо-цементит дозволяє визначити будову вуглецевих сталей та чавунів при різній кількості вуглецю та різних температурах; вона використовується при виборі режимів термічної обробки сталей та чавунів, при виборі інтервалу температури гарячої обробки сталей тиском.

На рисунку 2 зображена діаграма стану сплавів залізо- цементит. Вона будується у координатах температура-процентний вміст вуглецю. Ліва вертикаль (з температурною шкалою) відповідна чистому залізу, а права - цементиту. На цьому ж малюнку позначені структури областей діаграми. Кожна похила лінія діаграми є геометричним місцем критичних точок сплавів, у яких відбувається начало та кінець якоїсь зміни в сплаві. На горизонтальних лініях діаграми відбувається і початок, і кінець якогось перетворення. Розглянемо докладніше зміни, які відбуваються на лініях діаграми при
охолодженні сплавів.

 

Рисунок 2 – Діаграма стану сплавів залізо – цементит

 

1. На лінії АС з рідкого сплаву виділяється перший кристал аустеніту.

2. На лінії СД з рідкого сплаву виділяється кристал цементиту первинного.

3. На лінії АЕ остання крапля рідкого сплаву переходе в аустеніт ( закінчується кристалізація )

4. На лінії GS з аустеніту виділяється перший кристал фериту.

5. На лінії SE з аустеніту випадає перший кристал цементиту вторинного.

6. На лінії GP останній кристал аустеніту переходить у ферит.

7. На лінії ECF рідкий сплав переходить у ледебурит (лінія ледебуритного перетворення ).

8. На лінії PSK аустеніт переходить в перліт ( лінія перлітного перетворення ).

9. На лінії PQ з фериту виділяється перший кристал цементиту третинного.

10. Лінія АСД зветься лінією ліквідус ( початок кристалізації ).

11. Лінія (AECF) зветься лінією солідус( кінецькристалізації).

Умовно діаграму поділяють на дві частини: до 2,14%С – називають сталевою частиною, а від 2,14% до 6,67%С – чавунною.

За вмістом вуглецю сплави сталевої та чавунної частин діаграми поділяють на три види: сталевий - доевтектоїдні ( до 0,8%С), евтектоїдні (0,8%С) та заевтектоїдні ( от 0,8% до 2,14% С ); чавунний - доевтектичні ( от 2,14% до 4,3%С ), евтектичні (4,3%С) та заевтектичні ( от 4,3% до 6,67% С).

Аналіз сплавів.

Для засвоєння методики проведення аналізу сплавів візьмемо для прикладу в сталевій частині діаграми доевтектоїдний сплав з вмістом вуглецю 0,5% (рисунок 3). При температурі точки 1 сплав буде знаходитися в рідкому стані. З пониженням температури на лінії АС ( в точці 2), в рідкому стані з'явиться перший кристал аустеніту. В інтервалі температур от точки 2 до точки 3 будуть продовжуватися виділятися кристали аустеніту. В точці 3 кристалізація завершиться. До лінії GS (точка 4) сплав буде складатися з аустеніту, структурних перетворень тут не буде. В точці 4 з аустеніту буде виділятися перший кристал фериту. Ферит буде виділятися з пониженням температури до лінії PS (точка 5).

На лінії PS аустеніт, що залишився, перейде у перліт, а ферит змін не набуває. Коли цей перехід повністю завершиться, сплав продовжує своє охолодження до кімнатної температури, маючи структуру ферит + перліт.

Аналогічним чином проаналізуємо один з сплавів чавунної частини діаграми (наприклад, заевтектичний сплав, який має 3% вуглецю).

При температурах від точки 1 до лінії СD (точка 2), сплав знаходиться у рідкому стані. В точці 2 з'явиться перший кристал цементиту первинного. Цементит буде продовжувати виділятися до лінії CF.

На лінії CF (точка 3) рідкий сплав, що залишився перейде в ледебурит (тобто з рідкого сплаву, що залишився відбувається одночасне випадіння кристалів аустеніту та цементиту).

Від точки 3 до лінії SК твердий сплав, який має структуру ледебуриту та цементиту, буде охолоджуватись з деяким збільшенням проценту цементиту, який виділяється з аустеніту (по лінії СF). В точці 4 аустеніт, який входить до складу ледебуриту, перейде у перліт, а цементит змін не набуває. Таким чином, сплав, що аналізуємо, при кімнатній температурі буде мати в структурі ледебурит (составу перліт + цементит) та цементит.