рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Краткие сведения из теории

Краткие сведения из теории - раздел Промышленность, Измерение твердости металлов На Рисунке 1 Представлена Диаграмма Железо–Углерод (Железо–Цементит). Левая О...

На рисунке 1 представлена диаграмма железо–углерод (железо–цементит). Левая ордината соответствует чистому железу (0 % С, 100 % Fе). Температуры, отмеченные на этой ординате, – критические точки железа. Правая ордината – сплав с содержанием углерода 6,67 %, т. е. цементит. Сплавы с большим содержанием углерода (> 5 %) практического применения не находят.

 


Рисунок 1 – Диаграмма железо–углерод (железо–цементит)

 

 
 
 

Структура стали и чугуна состоит из отдельных, прочно сцепленных между собой составляющих, отличающихся друг от друга химическим составом, внутренним устройством и свойствами. Так как эти составляющие имеют микроскопические размеры и обнаруживаются только с помощью микроскопа, они получили название микроструктурных составляющих. В целях сокращения их иногда называют структурными составляющими, опуская слово «микро».

При медленном затвердевании и дальнейшем медленном охлаждении в железоуглеродистых сплавах образуется шесть видов микроструктурных составляющих: аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит и графит.

Аустенит твердый раствор углерода в гамма-железе. Растворимость углерода в гамма-железе зависит от температуры. В соответствии с этим аустенит имеет переменную растворимость: с повышением температуры растворимость углерода в аустените увеличивается, с понижением – падает. Максимальная растворимость углерода в аустените наступает при 1147 °С и составляет 2,14 %. Аустенит мягок, пластичен, хорошо куется (твердость НВ 160–200 кгс/мм2; d £ 30–40 %). В железоуглеродистых сплавах аустенит наблюдается при температурах выше 723 °С.

Феррит – твердый раствор углерода в альфа-железе. Растворимость углерода в феррите, как и в альфа-железе, переменная и зависит от температуры: с повышением температуры растворимость увеличивается, с понижением – падает. Максимальная растворимость углерода в феррите имеет место при 723 °С и составляет всего 0,025 %. С понижением температуры растворимость падает и при 0 °С составляет только 0,008 %. Столь ничтожное содержание углерода в феррите позволяет определить его как почти чистое железо. Феррит пластичен, мягок, это самая мягкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (твердость НВ 80 кгс/мм2; d = 50 %).

Цементит (карбид железа Fе3С) – химическое соединение железа с углеродом (6,67 %). Он хрупок, очень тверд. Это самая твердая микроструктурная составляющая (НВ 820 кгс/мм2, d < 1 %).

Различают три вида цементита: первичный, вторичный и третичный. Первичный цементит – цементит, выпадающий из охлаждаемого жидкого сплава, при температурах 1147 °С и выше. Вторичный цементит цементит, выпадающий из охлаждаемого аустенита при температурах 727 °С и выше. Третичный цементит – цементит, выпадающий из охлаждаемого феррита при температурах ниже 727 °С. По химическому составу все три вида цементита одинаковы и описываются формулой FезС. Поэтому указанное деление цементита на три вида – условно. Оно необходимо для удобства описания структур и превращений, протекающих в железоуглеродистых сплавах.

Перлит механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8 % углерода. Перлит прочен и упруг, образуется в результате распада аустенита, содержащего 0,8 % углерода. Этот распад происходит при 727 °С. В зависимости от формы цементитных включений перлит бывает двух видов: пластинчатый и зернистый. В пластинчатом перлите цементит имеет форму пластинок, в зернистом – зерен (глобул) (НВ 250 кгс/мм2, d = 20 %).

Ледебурит – механическая смесь аустенита и цементита при температуре более 727 °С или перлита и цементита – при меньшей температуре. В ледебурите 4,3 % углерода, он очень тверд и хрупок (НВ 620 кгс/мм2, d > 50 %).

Графит свободный углерод. Механические свойства графита очень низки. Включения графита наблюдаются в чугунах.

В процессе перехода из жидкого в твердое состояние и дальнейшего охлаждения железоуглеродистые сплавы претерпевают два вида превращений: первичную и вторичную кристаллизации. Первичная кристаллизация – переход из жидкого в твердое состояние, вторичная – перекристаллизация уже затвердевшего сплава. Поэтому на диаграмме различают два вида линий: первичной и вторичной кристаллизации.

Линии первичной кристаллизации. АВСD – линия ликвидуса и АНJЕСF – линия солидуса. Выше ликвидуса все сплавы находятся в жидком состоянии (Ж), ниже солидуса – в твердом, а в интервале ликвидус–солидус – в двухфазном состоянии. В сплавах, по достижении отдельных элементов ликвидуса и солидуса, наблюдаются следующие превращения:

АВ – из жидкости начинает выделяться дельта-феррит (Фd), представляющий твёрдый раствор углерода в дельта-железе. Ниже этой линии сплавы состоят из жидкости и дельта-феррита.

ВС – из жидкости начинает выделяться аустенит (А). Ниже линии ВС сплавы состоят из жидкости и аустенита.

СD – из жидкости начинает выделяться первичный цементит (Ц1). Ниже этой линии сплавы состоят из жидкости и первичного цементита.

АН – последняя капля жидкости превращается в феррит Фd. Ниже линии АН сплавы состоят из одного дельта-феррита.

НВ – линия перитектического превращения; на линии НJ оставшийся жидкий сплав, взаимодействуя с частью ранее выпавшего Фd, превращается в аустенит А; ниже этой линии сплавы состоят из дельта-феррита Фd и аустенита. На линии ранее выпавший дельта-феррит, взаимодействуя с частью жидкого сплава, превращается в аустенит. Ниже линии сплавы состоят из жидкости и аустенита.

– последняя капля жидкости превращается в аустенит. Ниже этой линии сплавы состоят из одного аустенита.

ЕFлиния ледебуритного (эвтектического) превращения: жидкий сплав, содержащий 4,3 % С, превращается в ледебурит (Л). На линии ЕС оставшийся жидкий сплав, обогащенный углеродом до 4,3 %, превращается в ледебурит. При этом аустенит, выпавший в интервале ликвидус–солидус, и аустенит ледебурита содержат 2,14 % С. При снижении температуры ниже 1147 °С растворимость углерода в аустените падает, в результате чего из последнего выделяется вторичный цементит (Ц). Индекс «2» у вторичного цементита можно не ставить. Следовательно, ниже линии ЕС сплавы состоят из аустенита, вторичного цементита и ледебурита. На линии СF оставшийся жидкий сплав, обедненный углеродом до 4,3 %, превращается в ледебурит, аустенит которого содержит 2,14 % С. Итак, ниже линии СF сплавы состоят из ледебурита и первичного цементита. В составе ледебурита находится вторичный цементит, выпавший из аустенита ледебурита, вследствие падения растворимости углерода в аустените при понижении температуры ниже 1130 °С.

Линии вторичной кристаллизации описывают превращения, протекающие в затвердевших сплавах, вследствие аллотропических превращений железа.

НN – из раствора Фd начинают выделяться первые кристаллы аустенита. Ниже этой линии сплавы состоят из дельта-феррита и аустенита.

NJ – последний кристалл раствора Фd превращается в аустенит. Ниже линии NJ сплавы состоят из одного аустенита.

GS – из аустенита начинает выделяться феррит (Ф). Ниже этой линии сплавы состоят из аустенита и феррита. С понижением температуры количество аустенита в сплаве будет уменьшаться, а феррита увеличиваться.

– из аустенита начинает выделяться вторичный цементит. Ниже линии сплавы состоят из аустенита и вторичного цементита. С дальнейшим понижением температуры количество цементита увеличивается, а аустенита остается меньше. Эта линия характеризует растворимость углерода в аустените при различных температурах. Например, при температуре 1147 °С (точка Е) имеет место максимальная растворимость углерода в аустените – 2,14 %. С понижением температуры растворимость падает и при 727 °С (точка S) составляет 0,8 %.

РG – последний кристалл аустенита превращается в феррит. Ниже линии РG сплавы состоят из одного феррита.

РS – оставшийся аустенит, обогащенный углеродом до 0,8 %, превращается в перлит (П). Указанное обогащение произошло вследствие выпадения из аустенита феррита при охлаждении от линии GS до линии РS. Так как растворимость углерода в феррите незначительна (< 0,025 %), то при выпадении последнего остающийся аустенит обогащается углеродом. Ниже линии РS сплавы состоят из перлита и феррита.

SR – остающийся аустенит, обедненный углеродом до 0,8 %, превращается в перлит. Обеднение связано с предшествующим выпадением (в интервале линий SR) из аустенита цементита, богатого углеродом (6,67 %). Ниже SR сплавы состоят из перлита и цементита.

– оставшийся аустенит, содержащий 0,8 % С, превращается в перлит. Ниже этой линии сплавы состоят из ледебурита, перлита и цементита.

МК – аустенит ледебурита, содержащий 0,8 % С, превращается в перлит. Ниже лини МК сплавы состоят из ледебурита и первичного цементита.

Обеднение аустенита углеродом до 0,8 %, при подходе к линиям и МК происходит вследствие того, что в интервале линий ЕF из него выпадает цементит.

Таким образом, достигая линии РК, аустенит любого сплава содержит 0,8 % С и превращается в перлит. Поэтому линию РК называют линией перлитного превращения.

Линия РQ – из феррита начинает выделяться третичный цементит. Ниже этой линии сплавы состоят из феррита и третичного цементита. Линия РQ характеризует растворимость углерода в феррите в зависимости от температуры. Например при 727 °С (точка Р) в феррите растворяется 0,025 % С. Это максимальная растворимость углерода в феррите. При падении температуры растворимость уменьшается и в точке Q составляет 0,005 %.

Особые точки диаграммы это точки Е, С и S. Сплавы, соответствующие этим точкам, являются граничными при классификации железоуглеродистых сплавов.

Точка Е соответствует сплаву, содержащему 2,14 % С. Правее точки Е в структуре сплавов появляется составляющая ледебурита, которая делает их хрупкими, неподдающимися ковке. Левее точки Е в сплавах ледебурита нет. Такие сплавы пластичны, поддаются ковке. Таким образом, в точке Е железоуглеродистые сплавы резко меняют свои механические свойства, в связи с чем делятся на два вида: стали и чугуны. Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие не более 2,14 % углерода. На диаграмме они лежат левее точки Е. Чугуны – жезоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. На диаграмме им соответствует участок правее точки Е. Стали – пластичны, чугуны хрупки. Участок диаграммы, относящийся к сталям, называют иногда стальным, а к чугунам – чугунным.

Точка С соответствует чугуну, имеющему минимальную температуру плавления (затвердевания). Чугун, соответствующий точке С (содержит 4,3 % С), называется эвтектическим; чугуны, лежащие на диаграмме левее точки С, доэвтектическими, правее – заэвтектическими.

Точка S соответствует стали, имеющей минимальную температуру полного аустенитного превращения. Сталь, соответствующая точке S (содержит 0,8 % C), называется эвтектоидной. Стали, содержащие углерода менее 0,8 %, называются доэвтектоидными, а более 0,8 % – заэвтектоидными.

Таким образом, различают три вида сталей: доэвтектоидные, эвтектоидная и заэвтектоидные, и три вида чугунов: доэвтектические, эвтектический и заэвтектические.

Определение весового количества фаз.Весовое соотношение сосуществующих фаз в процессе кристаллизации непрерывно меняется. Оно может быть определено с помощью правила отрезков. Например, для сплавов I и II (см. рисунок 1) при температурах t1 и t2 имеют место соотношения:

; ,

где QT, QЖ – веса твердой и жидкой фаз в сплаве при данной температуре.

Аналогично можно установить весовое соотношение сосуществующих фаз для других температур и сплавов.

Определение состава фаз.С изменением температуры состав сосуществующих фаз изменяется. Диаграмма железо–углерод позволяет определить концентрацию фаз в любой момент кристаллизации сплава. Для этого достаточно через данную температурную точку сплава провести горизонталь так, чтобы она пересекла линии, ограничивающие рассматриваемую фазовую область. Точки пересечения и определят концентрацию фаз при данной температуре. Рассмотрим пример применения данного правила.

Сплав II, содержащий 5,7 % С. В интервале температур, соответствующих точкам на линиях ликвидус и солидус, сплав состоит из жидкости и цементита первичного. Между этими точками количество твердой фазы (цементита) в сплаве увеличивается, а жидкой – уменьшается. При этом состав фаз непрерывно меняется. Например, при температуре t2 концентрация выпадающего аустенита определяется точкой в, а оставшегося жидкого сплава – точкой г. При охлаждении от точки t2 до линии солидус концентрация остающейся жидкости меняется по ликвидусу, а выпадающего цементита будет постоянной. Количественное соотношение фаз в любой момент кристаллизации таково, что среднее содержание углерода в сплаве остается постоянным, равным концентрации сплава II.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Измерение твердости металлов

На сайте allrefs.net читайте: Измерение твердости металлов...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Краткие сведения из теории

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

И их МАКРОАНАЛИЗ
  Определение твердости металлов В промышленности, связанной с обработкой металлов, испытания на твердость являются наиболее распространенны

Краткие сведения из теории
Сущность метода Бринелля состоит в следующем (рисунок 1): в испытуемый металл (образец) 1 под действием заданной нагрузки P в течение определенного времени t вдавливается стальной зак

Оборудование, инструмент и материалы
Рычажный пресс Бринелля. Отсчетный микроскоп (лупа Бринелля). Линейка с делениями или штангенциркуль. Образцы металла для измерения твердости. Рычажный пресс Бринелля служит для получения

Порядок выполнения работы
1 Ознакомиться с описанием пресса и лупы Бринелля. 2 Выбрать по таблице 1 условия измерения твердости, т.е. диаметр шарика D, нагрузку на шарик Р и время выдержки шарика под

Краткие сведения из теории
Испытание на твердость динамическим вдавливанием шарика производится с помощью переносного прибора Польди, схема которого приведена на рисунке 4. В корпус 4-5 встроены шарик 2, боек 7 и пружина 6.

Порядок выполнения работы
1 Ознакомиться с описанием прибора Польди. 2 Вставить эталонный образец между шариком и бойком прибора. 3 Проверить подготовку поверхности испытуемого образца. Она должна быть выр

Оборудование и материалы
Прибор Роквелла. Образцы металла для измерения твердости. Схема прибора Роквелла типа ТК (твердомер конусный) и общий вид твердомеров различного конструктивного исполнения (ручного и полуа

Макроанализ металлов
  Макроскопический анализ - изучение структуры металла путем просмотра его поверхности невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз) с помощью лу

Краткие сведения из теории
Под изломом понимается внешний вид поверхности разлома металла, образовавшегося при разрушении детали механическим воздействием. Разлом имеет две таких поверхности. При совм

Краткие сведения из теории
Макрошлиф - специально подготовленная поверхность металла для макроисследования. Макроанализ чаще начинают с вырезки темплета - образца из исследуемого

Оборудование и материалы
1 Демонстрационные образцы макрошлифов до и после травления. 2 Флакон с техническим спиртом для протирки шлифов. 3 Бромосеребряная фотобумага для пробы по Бауману. 4 Шлиф

Порядок выполнения работы
А Выявление волокнистого строения проката (общей ликвации углерода, фосфора и серы). Этот анализ выполняется на темплетах, вырезанных из проката и штампованной детали, в такой посл

Краткие сведения из теории
Механические свойства металлических конструкционных материалов зависят не только от химического состава, но и от микроструктуры. Зная микроструктуру, можно судить о свойствах материала. Например, к

Углеродистые стали, их виды и марки
По условиям выплавки в углеродистых сталях содержатся следующие примеси: углерод, кремний, марганец, сера, фосфор, кислород, водород и азот. Эти примеси называются постоянными (или неизбежными). На

Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии
Сплавы достигают равновесного состояния, т.е. минимума свободной энергии, в случае кристаллизации при очень медленном охлаждении - не более 1 °С/ч. Представление о микроструктуре железоуглеродистых

Краткие сведения из теории
Чугуны – железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. Углерод в чугунах бывает двух видов: химически связанный (в це

Белый чугун
Чугун, в котором весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита, называется белым. Цементит придает излому такого чугуна светлый блестящий вид.

Серые литейные чугуны
Серым называется чугун, в котором часть или весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита, имеющего в плоскости микрошлифа форму прямолинейных или слегка изогнутых пластин, а также ра

Ковкие чугуны
Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Такой чугун получают в отливках, изготовленных из белого доэвтектического чугуна и подвергнутых последующему графитизирующему о

Высокопрочные чугуны
Высокопрочными называются чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Высокопрочный чугун получают модифицированием жидкого чугуна присадками магния, церия, иттрия, кальция и некоторых других

Антифрикционные чугуны
Антифрикционные чугуны обладают низким коэффициентом трения и удовлетворительной стойкостью против износа. Они применяются для подшипников, втулок и подобных деталей в качестве заменителей бронзы п

Легированные чугуны
Легирование – введение в процессе выплавки в состав чугуна (чаще серого) хрома, никеля, молибдена, титана, вольфрама и других легирующих элементов. Легированием достигается улу

Краткие сведения из теории
  Термическая обработка — это процесс нагрева, выдержки и охлаждения сплавов с целью изменения структуры и получения заданных свойств. Термической обработке подвергают заготовки (прок

Превращения в стали при нагревании
В исходном состоянии, т. е. до термической обработки, углеродистая сталь может иметь феррито-перлитную, перлитную или перлито-цементитную структуру. При нагревании до АС1, (727°С) сталь

Превращения в стали при охлаждении
Главной целью нагрева стали является получение аустенитной структуры. Основной целью ее охлаждения является получение структур, образующихся в результате превращений аустенита. Превращения а

Рабочая программа для студентов ФБО по курсу
«Материаловедение»   Приводятся наименование разделов, тем, их содержание. 1.1 Введение.Роль отечественных и зарубежных ученых в ра

ПРЕДМЕТНЫЙ АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аустенит - 38 Графит Излом 25 - вязкий (волокнистый) 26 - камневидный 28 - крупнозернистый 27 - межкристаллический 27 - мелкозернистый 27 - нафталинистый 28 - смеша

Материаловедение
Лабораторный практикум для студентов ФБО Редактор М. П. Дежко Технический редактор В. Н. Кучерова Корректор О. В. Занина Подписано в печать 26.08.2003 г

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги