Что происходит на диаграмме железо-углерод
Г. гр.2ТПС-6-20
Дисциплина «Материаловедение»
Преподаватель Бойченко Т.Е.
Занятие № 9
Тема : Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Цель: обучить студентов, давая им систему теоретических знаний, а также практических умений и навыков;
развивать мыслительные способности, их устную и письменную речь, память, воображение, навыки самоорганизации;
содействовать воспитанию нравственных или эстетических убеждений, чувств, волевых и социально-значимых качеств
Как мы помним, диаграмма состояния - это график фазовых состояний в зависимости от концентрации каждого химического элемента и температуры.
Значит, диаграмма железо-углерод - это отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химсостава и температуры.
Это нужно для того, чтобы мы, зная химический состав стали и температуру системы, могли понять, какой фазовый состав будем иметь. Знания эти необходимы для того, чтобы выбрать правильный режим термической обработки или подобрать вариант механической обработки (ведь зная фазовый состав мы уже примерно представляем свойства).
Вот, собственно, и всё, что нужно знать про диаграмму :)...Теперь остается научиться её читать. И с этим есть масса сложностей.
Вот диаграмма железо-углерод на рисунке ниже.
По оси ординат у нас обозначены температуры системы. По оси абсцисс - химические составы.
Максимальная температура системы ограничивается температурами плавления компонентов. Выше идёт только жидкость. Но про фазы чуть позднее.
Слева у нас феррит. Справа - углерод. Количество углерода растёт слева направо.
Обратите внимание и на нижнюю шкалу, где отложен Fe3C.
Это цементит. Его количество также увеличивается слева направо. Цементит - это карбид железа или химическое соединение железа с углеродом. Максимальное количество углерода в этой системе у нас 6,67%. А вот цементита будет 100%. Процентное содержание цементита не соответствует проценту углерода.
Это появилось из-за того, что в системе железо-углерод в целом возможно максимальное содержание углерода 6,67% на физическом уровне.
И вот тут внимание! Чистое железо (альфа-железо) у нас на диаграмме есть только в крайней левой точке. Всё что дальше вправо - это феррит. А феррит, как мы помним, это твёрдый раствор углерода в альфа железе. Или, сплав железа с углеродом.
На диаграмме мы видим и сталь, и чугун. Их отличие в том, что сталь - это содержание углерода в сплаве с железом от 0,02 до 2,14%. Чугун - тот же сплав железа с углеродом, но с содержанием от 2,14% углерода.
Фазы на диаграмме
Само собой, из диаграммы состояния можно узнать фазовый состав.
· Жидкая фаза - это коктейль, который получается, если всё расплавить. Обращаем внимание, что при разных химических составах мы имеем разные температуры плавления.
· Феррит - уже обсудили, что это твердый раствор внедрения углерода в альфа железо.
· Аустенит - это твёрдый раствор внедрения углерода в гамма железо.
· Цементит - тоже уже обсудили. Химическое соединение железа с углеродом. Максимальная концентрация углерода в цементите 6,67% по массе и это предельная для железоуглеродистых сплавов концентрация.
· Графит - это фаза состоящая только из углерода со слоистой гексагональной решёткой. Он выделяется в системе железо-углерод при определенных условиях.
Наверняка возникает вопрос что это за альфа-железо и за гамма-железо. Это так называемый полиморфизм. Химический состав один, а вид кристаллической решетки разный.
На самой же диаграмме есть ещё всякие буковки. И если буквы А (аустенит), Ж (жидкость), Ц (цементит), то всё ясно. Но ещё есть буквы Л и П. Что это такое?
Структуры на диаграмме
Л - это ледебурит. Так называется особенная структура, характерная преимущественно для чугунов. Представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. Её же можно назвать механической смесью.
П - это перлит. Ещё одна структура, которая представлена эвтектоидной смесью из тонких пластинок феррита и цементита.
Новые слова для нас эвтектическая и эветктоидная. Эвтектическая в данном случае означает образование гетерогенной структуры сплава. Эвтектоидная - по сути тоже самое, только образуется изначально не из жидких фаз, а из твердых.
Эветктика же, это точка, в которой находятся в термодинамическом равновесии n - твёрдых фаз и жидкая фаза. Жидкая эвтектика кристаллизуется при температуре более низкой, чем температура кристаллизации каждого из веществ, входящих в состав смеси. Температура плавления твёрдой эвтектики — самая низкая для данной смеси компонентов.
Что происходит на диаграмме железо-углерод
На диаграмме мы видим многочисленные линии ликвидуса и солидуса. Это линии, по которым идёт плавление и кристаллизация соответственно.
Удобно пользоваться следующей картинкой. Здесь расставлены все фазы и структуры.
Если путешествовать по линиям, то видим протекающие процессы.
Всё, что выше линий ABCD - жидкая фаза. Значит это линия ликвидус. Выше неё только жидкая фаза. Дальше работаем по правилу фаз Гиббса. Линию солидус найти сложнее. Ниже неё только твердая фаза. Тут солидусов несколько.
. Диаграмма состояния железо-углерод, с размеченными областями, как показано на рисунке выше, указывает нам фазовые и структурные состояния, которые мы имеем в системе при данных параметрах (температура и химсостав). Линии указывают начало или конец процесса кристаллизации или плавления.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!