Правило фаз.

Правило фаз (С = К – Ф +1) дозволяє без експериментальних досліджень збудувати криву охолодження сплаву будь-якої концентрації. Для того, щоб це зробити, необхідно попередньо навчитись визначати фази в будь-якій точці діаграми стану.

Фазами на діаграмі є: аустеніт, ферит, цементит, рідкий сплав.

Перліт та ледебурит являють собою структури та самі складаються з двох фаз: перліт (ферит + цементит); ледебурит (вище 727С )складається з аустеніту та цементиту, а нижче 727С - з фериту та цементиту (так як перліт, який входить в ледебурит, складається з фериту та цементиту).

При визначенні фаз в будь-якій двофазній області діаграми слід керуватися таким правилом: фазовий склад будь-якої двофазної області діаграми визначається прилягаючими до неї по горизонталі однофазними областями.

Виходячи з цього, діаграму стану можна зобразити з вказівкою фаз в усіх областях ( Рисунок 3 ).

Фази на лініях діаграми визначаються фазами зон, які розділяються цими лініями. Так, наприклад, на лінії GS буде дві фази (А + Ф), так як в прилягаючих зонах існують фази А + Ф та А.

На лінії SK будуть три фази (А + Ц + Ф), так як вище її буде

А + Ц, а нижче - Ф + Ц. Для побудови кривої охолодження заданого сплаву (наприклад, сплаву з 0,5%С) визначимо за правилом фаз число ступенів свободи в кожній точці. Компонентів завжди буде два – залізо та цементит.

С₁ = 2 –1 + 1 = 2 (Ф = 1, рідкий сплав L)

С₂ = 2 – 2 + 1 = 1 (Ф = 2, L та перший кристал А)

Рисунок 3 – Аналіз сплавів діаграми залізо-цементит

 

С₃ = 2 – 1 + 1 = 2 (Ф =1, А)

С₄ = 2 – 2 + 1= 1 (Ф = 2, А перший кристал Ф)

С₅ = 2 – 3 + 1= 0 (Ф =3, А,Ф та Ц)

С₅^" = 2 – 2 + 1 = 1 (Ф = 2, так як А перейде в Ц та залишиться дві фази - Ф та Ц)

Примітка.

Число ступенів свободи, рівне двом, показує, що в точці, яку розглядають, може змінюватись як концентрація, так і температура сплаву (в визначених межах) без порушення числа фаз в системі (без порушення рівноваги). Один ступінь свободи означає, що можлива або зміна концентрації сплаву, або зміна його температури, і рівновага фаз від цього не порушується.

При нульовому ступіні свободи, щоб не порушити рівноваги присутніх в сплаві фаз, не можна змінити ні концентрації сплаву, ні його температури.

Фази на лініях діаграми визначаються фазами зон, які розділяються цими лініями. Так, наприклад, на лінії GS буде дві фази (А + Ф), тому що в прилягаючих зонах існують А +Ф та А. На лінії SK буде три фази (А + Ц + Ф), тому що вище неї буде А + Ц, а нижче - Ф + Ц.

Коли розглядають якийсь конкретний сплав, то тим самим вже вносять обмеження по його концентрації, тому, коли на якійсь лінії діаграми буде число ступенів рівне 1 або 2, то це означає, що можливо подальше охолодження сплаву і на кривій охолодження у цій критичній точці буде злам – змінюється темп охолодження.

Нульовий ступінь свободи вказує, що на кривій охолодження буде температурна зупинка. Крива охолодження розглянутого сплаву, який має 0,5%С,.показана на рисунку 3 (крива 1).

Аналогічно проаналізуємо сплав ІІ (рисунок 3), який має 5%С.

Точка 1 С₁ = 2 – 1 + 1 = 2 (Ф = 1, L)

Точка 2 С₂ =2 - 2 + 1 = 1 (Ф =2, перший кристал Ц та L)

Точка 3 С₃ = 2 – 3 + 1 =0 (Ф = 3, L + Ц + А)

Точка 4 С₄ = 2 – 3 + 1 = 0 (Ф = 3, А + Ц + Ф)

С _4-1 = 2 – 2 + 1 = 1 (Ф =2, Ф + Ц)

Крива охолодження цього сплаву (ІІ) показана на рисунку 3.

 

Правило відрізків

Правило відрізків дозволяє визначити кількість фаз, присутніх в сплаві заданої концентрації при будь-якій температурі.

Для цього необхідно з заданої точки (наприклад, точка "а", Рисунок 4) в обидва боки провести горизонтальні відрізки "ав" та "ас" до перетинання з ближніми лініями діаграми. Сумарний відрізок "вс", який називають конодою, приймається за 100% сплаву. Кінцеві точки коноди вказують присутні в сплаві фази, а її відрізки – співвідношення цих фаз. При цьому кількість фази, яка вказується лівим кінцем коноди, визначається відношенням правого відрізка до всієї коноди.

Для даного випадку математично процентний вміст фаз в сплаві в точці "а" може бути виражений наступним чином:

%А=

%L =

 

Аналогічним чином може бути визначено кількість фаз в другій області (наприклад, в області SEFK). В точці a буде дві фази - аустеніт та цементит.

 

Рисунок 4 – Діаграма стану Fe - Fe₃C

 

Відрізок ва, який прилягає до зони чистого аустеніту, буде визначати кількість цементиту, а відрізок, який прилягає до зони цементиту - кількість аустениту:

 

Однак правило фаз, крім кількісного співвідношення фаз, дозволяє визначити процентний вміст компонентів, присутніх в кожній фазі сплаву в точці, яка розглядається. Процентний вміст складових у фазі визначається по осі абсцис шляхом проведення з точки, яку розглядають, горизонтальної лінії (коноди) до перетинання з межею однофазної зони даної фази та опускання перпендикуляру на вісь концентрації (вісь абсцис).

 

 

5 ОСНАЩЕННЯ РОБОЧОГО МІСТА

5.1 Планшет з кривою охолодження чистого заліза.

5.2 Діаграма залізо-цементит.

5.3 Планшет з кривими охолодження залізовуглецевих сплавів з різною концентрацією вуглецю.

5.4 Тренажер по діаграмі залізо-цементит.

5.5 Лінійка.

 

6 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ТА ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

6.1 На кривій охолодження чистого заліза вказати температурні інтервали існування , ,,.

6.2 Дати визначення аустеніту, фериту, цементиту. перліту, ледебуриту.

6.3 Зобразити діаграму залізо-цементит та вказати рівновагові фази в різних областях діаграми.

6.4 Проаналізувати по діаграмі Fe-Fe₃С сплав з концентрацією, яка вказана в завданні та побудувати криву охолодження.

6.5 Для заданого сплаву визначити кількість присутніх в сплаві фаз.

6.6 Визначити по діаграмі (у вказаній точці) процентний вміст вуглецю в кожної фазі сплаву.

6.7 Скласти звіт про роботу

.

7 ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

7.1 Назвіть лінії, основні точки та структури в зонах діаграми.

7.2 Дайте визначення усіх структурних складових сплавів на діаграмі залізо-цементит .

7.3 Що означає проаналізувати сплав?

7.4. Як визначити кількісний та якісний склади фаз?

 

 

Лабораторна робота № 7

СТРУКТУРА ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ. КЛАСИФІКАЦІЯ І

МАРКУВАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ