Диаграмма состояния железо-углерод

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 19Следующая ⇒

Наличие двух высокоуглеродистых фаз (графита и цементита) приводит к появлению двух диаграмм состояния: метастабильной − железо-цементит и стабильной − железо-графит. Свободная энергия цементита всегда больше, чем свободная энергия графита.

Кристаллические структуры цементита и аустенита близки, тогда как кристаллические структуры аустенита и графита существенно различаются. По составу аустенит и цементит ближе друг к другу и составу жидкой фазы, чем аустенит и графит (аустенит содержит до 2, 14 % С, цементит − 6, 67 % С, жидкая фаза − от 2, 14 до 6, 67 % С, графит – 100 % C). Поэтому образование цементита из жидкости или из аустенита происходит легче, работа образования зародыша, как и необходимые диффузионные изменения, меньше в случае кристаллизации цементита, чем при кристаллизации графита, несмотря на меньший выигрыш свободной энергии.

Диаграмма состояния железо-цементит приведена на рис.4.1.

Линии диаграммы:

АВСВD (линия ликвидус − место точек начала кристаллизации) и AHJECF (линия солидус − место точек конца кристаллизации) характеризуют начало и конец первичной кристаллизации, происходящей при затвердевании жидкой фазы.

Рис.4.1 Диаграмма состояния железо-цементит

Линии ES и PQ показывают предельную растворимость углерода, соответственно, в аустените и феррите. При понижении температуры растворимость уменьшается и избыток углерода выделяется в виде цементита. Цементит, выделяющийся из жидкого сплава, принято называть первичным, из аустенита − вторичным, из феррита − третичным.

Три горизонтальные линии HJB, ECF и РSК указывают на протекание трех превращений при постоянной температуре:

− при 1499 °С ( HJB ) происходит перитектическая реакция Ж_B +Ф_Н → AJ, в результате которой образуется аустенит;

− при 1147 °С ( ECF ) протекает эвтектическая реакция Ж_C → А_E + Ц (жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом );

− при 727 °С ( PSK ) протекает эвтектоидная реакция A → Ф_Р + Ц (в отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз). Продукт превращения − эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом.

Перлит чаще имеет пластинчатое строение, т. е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита. После специальной термической обработки перлит может иметь зернистое строение.

Однофазные области диаграммы Fe-Fe₃C:

− жидкий расплав ( Ж ) − выше линии АВСD;

− феррит ( Ф ) – области ANH и GPQ;

− аустенит ( А ) − область JESGN.

Двухфазные области диаграммы:

− AHB − в равновесии находится жидкий расплав и кристаллы δ -феррита;

− NHJ − в равновесии кристаллы δ -феррита и аустенита;

− JECB − в равновесии жидкий расплав и кристаллы аустенита;

− CDF − в равновесии жидкий расплав и кристаллы цементита;

− SECFK − в равновесии кристаллы аустенита и цементита;

− GSP − в равновесии кристаллы аустенита и α -феррита;

− QPSKL − в равновесии кристаллы феррита и цементита.

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 0, 02 % С, называют техническим железом.

Сплавы железа с углеродом, содержащие от 0, 02 до 2, 14 % С носят название сталей (от 0, 02 до 0, 8 % С − доэвтектоидные стали, от 0, 8 до 2, 14 % С − заэвтектоидные стали).

Сплавы железа с углеродом, содержащие от 2, 14 до 6, 67 %С называются чугунами (от 2, 14 до 4, 3 % С – доэвтектические чугуны, от 4, 3 до 6, 67 % С − заэвтектические чугуны).

В двухфазных областях в любой точке можно определить количество фаз и их концентрацию, используя правило отрезков. Например, определим химический состав и количество фаз для сплава системы железо-цементит в точке а, находящейся в области GSP (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Использование правила отрезков для анализа диаграммы

В этой области структурные составляющие феррит и аустенит. Проведем горизонтальную линию через точку а до пересечения с линиями GP (точка b ) и GS (точка с ). Проекция точки b ( b' ) указывает химический состав феррита, а проекция точки с ( с' ) – состав аустенита.

Массовое содержание: аустенита m_A = ba/bc * 100%,

феррита m_Q = ac/bc * 100%.

Рассмотрим кристаллизацию некоторых сплавов, содержащих различное количество углерода. При анализе кристаллизации доэвтектоидной стали проведем для примера расчет числа степеней свободы по формуле:

с = k – f + 1, (4.1)

где с – число степеней свободы;

k – количество компонентов;

f – число фаз.

Кристаллизация доэвтектоидной стали, содержащей более 0, 51 % С (рис. 4.3), начинается в точке 1, где в жидкой фазе зарождаются первые зерна аустенита, и заканчивается в точке 2. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус BС, а аустенита − по линии солидус JE.

Между точками 1 и 2 число степеней свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента – железо и углерод, две фазы – жидкость и аустенит), следовательно, процесс может идти со снижением температуры. После затвердевания сплав имеет однофазную структуру аустенита.

Между точками 2 и 3 идет охлаждение аустенита, и число степеней свободы с = 2 – 1 + 1 = 2(два компонента – железо и углерод, одна фаза – аустенит), следовательно, процесс может идти со снижением температуры.

Между точками 3 и 4 происходит превращение аустенита − выделяя низкоуглеродистый феррит, аустенит обогащается углеродом в соответствии с линией GS и в точке 4 концентрация углерода в нем достигает эвтектоидной − 0, 8% С, и число степеней свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента – железо и углерод, две фазы – аустенит и цементит), следовательно, процесс может идти со снижением температуры.

При постоянной температуре 727 °С (площадка 4-4') происходит эвтектоидное превращение аустенита в мелкодисперсную механическую смесь феррита и цементита, называемую перлитом (A → Ф_Р + Ц). В точке 4 число степеней свободы с = 2 – 3 + 1 = 0 (два компонента – железо и углерод, три фазы – аустенит, феррит и цементит), что подтверждает выделение перлита при постоянной температуре.

При дальнейшем охлаждении до точки 5 происходит выделение из феррита избыточного углерода (в связи с понижением растворимости по линии диаграммы PQ ) в виде третичного цементита. Между точками 4' и 5 число степеней свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента – железо и углерод, две фазы – феррит и цементит), следовательно, процесс может идти со снижением температуры. Конечная структура Ф + П + Ц_III (феррито-перлитная).

Количественное соотношение между ферритом и перлитом в доэвтектоидных сталях определяется содержанием углерода (чем выше содержание углерода, тем больше перлита).

Кристаллизация зазвтектоидных сталей (рис. 4.4) начинается в точке 1 выделением из жидкого расплава аустенита и заканчивается в точке 2. Состав жидкого расплава изменяется по линии BС, а аустенита − по линии JE. После затвердевания сплав имеет однофазную структуру аустенита.

Рис.4.3. Процесс кристаллизации Рис.4.4. Процесс кристаллизации

доэвтектоидных сталей зазвтектоидных сталей

При дальнейшем охлаждении от точки 2 до точки 3 структурных превращений сталь не претерпевает, идет простое охлаждение. В интервале точек 3-4 происходит выделение вторичного цементита в связи с уменьшением растворимости углерода в аустените согласно линии ES диаграммы. При медленном охлаждении цементит выделяется по границе аустенитных зерен. Состав аустенита изменяется согласно линии ES и в точке 4 при температуре 727 °С аустенит содержит 0, 8% С.

На линии SK (на кривой − площадка 4-4') происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит.

При дальнейшем охлаждении ниже точки 4' из феррита, входящего в перлит, выделяется третичный цементит. Третичный цементит, наслаиваясь на кристаллы вторичного цементита и цементита перлита, не оказывает заметное влияние на свойства. Поэтому при рассмотрении структур заэвтектоидных сталей о третичном цементите обычно не упоминают. Конечная структура П + Ц_II + Ц_III (перлито-цементитная).

Кристаллизация доэвтектических чугунов (рис. 4.5) начинается в точке 1, где при последующем охлаждении происходит выделение из жидкой фазы кристаллов аустенита переменного состава, концентрация которого определяется линией JE , а жидкого расплава − линией ликвидус BС. В точке 2 содержание углерода в расплаве достигает 4, 3 % и при постоянной температуре 1147 °С оставшийся расплав кристаллизуется в эвтектику (дисперсную смесь аустенита, содержащего 2, 14 % С, и цементита), называемая ледебуритом L_C → А_E + Ц. Ледебурит имеет сотовое или пластинчатое строение.

При дальнейшем охлаждении (участок 2-3) аналогично заэвтектоидной стали из аустенита (структурно свободного и входящего в состав ледебурита) выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита. Аустенит при этом обедняется углеродом и при температуре 727 °С приобретает состав, соответствующий эвтектоидному.

В точке 3 начинается эвтектоидное превращение аустенита в перлит при постоянной температуре 727 °С (площадка 3-3'). Перлит образуется из структурно свободного аустенита и из аустенита, входящего в состав ледебурита. Ледебурит, состоящий из смеси цементита и перлита, носит название видоизмененного ледебурита Л_вид (П + Ц) в отличие от ледебурита состава Л (А + Ц ).

При дальнейшем охлаждении от точки 3' до точки 4 происходит выделение избыточного углерода из феррита, входящего в перлит и видоизмененный ледебурит, в виде третичного цементита, наслаивающегося на цементит перлита и ледебурита. Третичный цементит не влияет на свойства чугунов из-за незначительного количества, по сравнению с общим количеством цементита в чугунах. Конечный состав доэвтектического чугуна П + Л_вид + Ц_II (перлито-ледебурито-цементитная).

Кристаллизация заэвтектических чугунов (рис. 4.6) начинается в точке 1 выделением из жидкого расплава первичного цементита. При этом состав расплава изменяется по линии DC. Выделяя высокоуглеродистую фазу − цементит, расплав обедняется углеродом и при температуре 1147 °С содержит 4, 3 % С. При постоянной температуре расплав кристаллизуется с образованием ледебурита.

Рис.4.5. Процесс кристаллизации Рис. 4.6. Процесс кристаллизации

доэвтектических чугунов заэвтектических чугунов

При дальнейшем охлаждении (площадка 2-3) из аустенита, входящего в ледебурит, выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита, и состав аустенита изменяется по линии ES.

При достижении температуры 727°С аустенит (площадка 3-3'), содержащий 0, 8 % С, превращается в перлит A → Ф_Р + Ц и образуется видоизмененный ледебурит.

При дальнейшем охлаждении от точки 3' до точки 4 из феррита, входящего в состав перлита видоизмененного ледебурита, выделяется избыточный углерод согласно кривой РQ в виде третичного цементита, наслаивающегося на цементит перлита. Конечная структура заэвтектического чугуна Л_вид + Ц_I + Ц_II ( ледебуритно-цементитная).

Таким образом, у всех сталей, содержащих менее 2, 14 % С, в результате первичной кристаллизации получается структура аустенита, а после затвердевания не содержится хрупкой структурной составляющей − ледебурита; у всех чугунов, содержащих более 2, 14 % С, структура первичной кристаллизации состоит из ледебурита с первичным аустенитом или цементитом, а при комнатной температуре структура состоит из видоизмененного ледебурита, цементита и, у доэвтектического чугуна, перлита.

Стали при высоком нагреве имеют аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью, поэтому они легко деформируются при нормальных и повышенных температурах.

Чугуны обладают лучшими литейными свойствами, в том числе более низкой температурой плавления и имеют меньшую усадку.

Порядок выполнения работы

− используя литературные источники, изучить полиморфные превращения чистого железа, а также соединения, образуемые железом с углеродом, и их свойства.

− вычертить в масштабе диаграмму железо-цементит с указанием температур фазовых превращений и концентраций углерода в особых точках, а также расставить кристаллические фазы и структурные составляющие, присутствующие в различных областях.

− описать превращения, происходящие при охлаждении сплавов из жидкого состояния до комнатной температуры. Схематично изобразить конечную микроструктуру сплавов.

Содержание работы

1. Название, цель работы и задание.

2. Диаграмма железо-цементит в масштабе.

3. Отчет к лабораторной работе.

4.5. Контрольные вопросы

Вариант 1

1. Назовите линию солидус на диаграмме.

2. Что такое перлит?

3. Из какой фазы при охлаждении выделяется первичный цементит?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3, 3 % С, дайте характеристику этого сплава.

5. Определите для заданного сплава при температуре 1200 °С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

6. Зависит ли прочность серого чугуна от формы графитных включений?

Вариант 2

1. Что такое феррит?

2. Какие линии диаграммы соответствуют перитектическому, эвтектическому и эвтектоидному превращениям?

3. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1, 3 % С, дайте характеристику этого сплава.

5. Определите для заданного сплава химический состав фаз и их весовое количество при температуре 200 °С.

6. Как расшифровать марку сплава ВЧ 50?

Вариант 3

1. Что такое графит?

2. Какая форма графита наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

3. Сколько однофазных областей на диаграмме?

4. В структуре доэтектоидной углеродистой стали содержится около 25 % феррита. Определите, сколько в этой стали содержится углерода.

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 5, 5 % С. Дайте характеристику этого сплава.

6. Определите для заданного сплава химический состав фаз при температуре 1147 °С.

Вариант 4

1. Что собой представляет аустенит?

2. Приведите точки диаграммы, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектоидные и заэвтектоидные стали, доэвтектические и заэвтектические чугуны?

3. Какую структуру имеет белый доэвтектический чугун?

4. Сколько должно быть феррита и цементита как фазовых составляющих в сплавах с содержанием 0, 5; 1, 5; 4, 0 % С при комнатной температуре после медленного охлаждения?

5. Как расшифровать марку сплава КЧ 37-12?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение?

Вариант 5

1. Чем обусловлено наличие на диаграмме нескольких областей гомогенных твердых растворов?

2. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектическое превращение?

3. Что такое α -феррит?

4. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0, 8 % С, дайте характеристику этого сплава.

6. Определите для заданного сплава химический состав фаз и число степеней свободы при температуре 1000 °С.

Вариант 6

1. Дайте определение цементита.

2. Приведите структурные составляющие сталей в порядке возрастания содержания углерода.

3. Определите содержание углерода в стали, состоящей из 95 % перлита и 5 % цементита.

4. Определите химический состав фаз для указанной выше стали при температуре эвтектоидного превращения.

5. Назовите линию солидус на диаграмме.

6. Какая форма графитных включений встречается в чугунах?

Вариант 7

1. Что собой представляет феррит?

2. По каким линиям диаграммы выделяется цементит первичный, вторичный, третичный?

3. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из двух фаз?

4. Сколько углерода должно содержаться в сплаве, если в его структуре после медленного охлаждения обнаруживается феррит с перлитом в соотношении 1: 1, 1: 3, 3: 1?

5. В чугуне содержится 3, 5 % С. Можно ли определить, каким он будет: белым или серым?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение?

Вариант 8

1. Что представляет собой ледебурит?

2. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из одной фазы?

3. Сколько двухфазных областей на диаграмме? Какие в них находятся фазы?

4. При какой температуре протекает и какой линии диаграммы соответствует эвтектическое превращение.

5. Какую структуру имеют медленно охлажденные углеродистые стали, содержащие 0, 8 % С?

6. Определите химический состав и весовое количество феррита для стали с 0, 8 % С при температуре 700 °С.

Вариант 9

1. Приведите для чистого железа критические температуры: точка магнитного перехода, полиморфное превращение α → γ, полиморфное превращение γ → δ.

2. Что такое феррит?

3. Каково максимальное содержание углерода в феррите?

4. Из каких фаз состоят заэвтектоидные стали при комнатной температуре?

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 4, 3 % С. Дайте характеристику этого сплава?

6. Определите для заданного сплава при температуре 800 °С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

Вариант 10

1. Укажите линии диаграммы, которые соответствуют перитектическому, эвтектическому, эвтектоидному превращениям.

2. Из какой фазы и по какой линии выделяется цементит третичный?

3. К какому виду чугуна относится сплав, содержащий 5, 0 % С?

4. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

5. Какую структуру имеет медленно охлажденная сталь с 0, 6 % С?

6. Определите содержание углерода и весовое количество феррита и цементита в указанной выше стали.

Вариант 11

1. Приведите обозначение линий диаграммы, соответствующих эвтектоидному и эвтектическому превращениям.

2. Что такое перлит?

3. Из каких фаз состоит сталь с 0, 4 % С при температуре 100 и 1000 °С?

4. Определите количество фаз и их химический состав для указанной выше стали при заданных температурах.

5. Какой чугун – белый или серый – обладает большей твердостью?

6. Как расшифровать марку сплава СЧ 18-36.

Вариант 12

1. Что собой представляет превращенный ледебурит?

2. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?

3. Приведите структурные составляющие сталей в порядке возрастания твердости.

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0, 3 % С. Дайте характеристику этого сплава.

5. Определите для заданного сплава при температуре 750 °С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

6. Укажите линию ликвидус на диаграмме.

Вариант 13

1. Что представляет собой цементит?

2. Приведите структурные составляющие сплавов системы «железо–углерод» в порядке возрастания количества углерода.

3. Какую структуру имеют медленно охлажденные углеродистые стали, содержащие 0, 6 и 1, 7 % С?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 4, 5 % С. Дайте характеристику этого сплава?

5. Определите для заданного сплава при температуре 1000 °С:

− химический состав фаз,

− весовое количество фаз.

6. Почему диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет сравнительно сложный вид?

Вариант 14

1. Что такое ледебурит?

2. Приведите точки диаграммы, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектические и заэвтектические чугуны, доэвтектоидные и заэвтектоидные стали.

3. Из какой фазы и по какой линии диаграммы при охлаждении выделяется первичный цементит?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1, 3 % С. Дайте характеристику этого сплава.

5. Определите для заданного сплава при температуре 750 °С:

− химический состав фаз,

− весовое количество фаз.

6. К какому виду сплавов можно отнести сплав с содержанием углерода 5 %?

Вариант 15

1. Какова линия солидус на диаграмме?

2. Что представляет собой аустенит?

3. Какова максимальная растворимость углерода в аустените?

4. В структуре доэвтектоидной стали около 25 % феррита. Сколько в ней будет содержаться углерода?

5. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?

6. Укажите на диаграмме линии, где в равновесии находятся одновременно три фазы. Какие это фазы?

Вариант 16

1. С чем связано деление сплавов на диаграмме на стали и чугуны?

2. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0, 6 % С. Дайте характеристику этого сплава.

3. Определите для заданного сплава при эвтектоидной температуре:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

4. Сколько углерода должно содержаться в равновесных условиях в аустените при 800 °С, если он находится в одном случае совместно с ферритом, а в другом – с цементитом?

5. Что такое δ -феррит?

6. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

Вариант 17

1. Почему диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет сравнительно сложный вид?

2. Сколько двухфазных областей на диаграмме?

3. Какие аллотропические формы имеет железо? В каких температурных интервалах они существуют в равновесных условиях?

4. В структуре заэвтектоидной углеродистой стали содержится около 25 % цементита. Определите, сколько в этой стали содержится углерода.

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3 % С. Дайте характеристику этого сплава?

6. Определите для заданного сплава при температуре 1147 °С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

Вариант 18

1. Из каких компонентов состоит система? Опишите их основные свойства.

2. Какая температура (линия диаграммы) соответствует перитектическому, превращению? В чем оно заключается?

3. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0, 6 % С. Дайте характеристику этого сплава?

5. Определите для заданного сплава при температуре 200 °С:

− химический состав фаз,

− их весовое количество.

6. Как расшифровать марку сплава ВЧ 40-10?

Вариант 19

1. Что такое графит?

2. Какая форма графита наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

3. Какая температура (линия диаграммы) соответствует эвтектическому, превращению? В чем оно заключается?

4. Структура инструментальной стали состоит из 95 % перлита и 5 % цементита. Определите содержание углерода в этой стали.

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1, 5 % С. Дайте характеристику этого сплава.

6. Определите для заданного сплава химический состав фаз при температуре 1147 °С.

Вариант 20

1. Что собой представляет аустенит?

3. Какую структуру имеет белый доэвтектический чугун?

4. Сколько должно быть феррита и цементита как фазовых составляющих в сплавах с содержанием 0, 8; 1, 0; 5, 0 % С при комнатной температуре после медленного охлаждения?

5. Как расшифровать марку сплава КЧ 37-12?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение?

Вариант 21

1. Чем обусловлено наличие на диаграмме нескольких областей гомогенных твердых растворов?

2. Что представляет собой перлит?

3. Перечислите условия, которые способствуют выделению графита при охлаждении чугуна.

4. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0, 8 % С. Дайте характеристику этого сплава.

6. Определите для заданного сплава при температуре 1000 °С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

Вариант 22

1. Дайте определение цементита.

2. Приведите структурные составляющие сталей в порядке возрастания содержания углерода.

3. Определите содержание углерода в стали, состоящей из 50 % перлита и 50 % феррита.

4. Определите химический состав фаз для указанной выше стали при температуре эвтектоидного превращения.

5. Какая форма графитных включений встречается в чугунах?

6. Как расшифровать марку сплавов ВЧ 50, КЧ 37-12?

Вариант 23

1. Что собой представляет феррит?

2. Приведите структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и расположите их в порядке возрастания твердости.

3. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1, 0 % С. Дайте характеристику этого сплава.

4. Определите для заданного сплава при комнатной температуре весовое количество фаз.

5. Сколько углерода должно содержаться в сплаве, если в его структуре после медленного охлаждения обнаруживается феррит с перлитом в соотношении 1: 1, 1: 3, 3: 1?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение?

Вариант 24

1. Приведите для чистого железа критические температуры: полиморфное превращение α → γ, полиморфное превращение γ → δ, плавление.

2. Что такое феррит? Каково максимальное содержание углерода в феррите?

3. Где на диаграмме могут находиться в равновесии одновременно три фазы?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 4, 3 % С. Дайте характеристику этого сплава.

5. Определите для заданного сплава при температуре 800 °С:

− химический состав фаз,

− весовое количество фаз.

6. Каким способом в чугуне можно получить шаровидную форму графита?

Вариант 25

1. В чем разница между перлитом и ледебуритом?

2. Из какой фазы и по какой линии при охлаждении выделяется вторичный цементит?

3. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?

4. Определите содержание углерода в доэвтектоидной стали, если известно, что в структуре имеется около 25 % феррита.

6. Определите для заданного сплава при температуре 1200 °С:

− химический состав фаз,

− весовое количество фаз.

Вариант 26

1. Что представляет собой ледебурит превращенный?

2. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из одной фазы?

3. Какая структурная форма графита встречается в чугунах?

4. Какую структуру имеют медленно охлажденные углеродистые стали, содержащие 0, 2 % С?

5. Определите для указанной выше стали при температуре 727 °С:

− число степеней свободы,

− химический состав фаз.

6. Сколько должно быть феррита и цементита как фазовых составляющих в сплаве с содержанием 3, 5 % С?

Вариант 27

1. Укажите температуры начала и конца полиморфного превращения феррита при нагреве.

2. Сколько двухфазных областей на диаграмме? Какие фазы в них находятся?

3. Определите содержание углерода в стали, структура которой состоит из 50 % перлита и 50 % цементита.

4. Стали с содержанием углерода 0, 8 и 1, 2 % нагреты до температуры 800 °С. Сколько углерода будет в аустените этих сталей?

5. Перечислите условия, которые способствуют выделению графита и цементита при охлаждении чугуна.

6. Из каких фаз состоит белый заэвтектический чугун при комнатной температуре?

Вариант 28

1. Чем обусловлено наличие на диаграмме нескольких областей гомогенных твердых растворов?

2. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1 % С. Дайте характеристику этого сплава.

3. Определите для заданного сплава при температуре 500 °С:

− количество углерода в фазах,

− весовое количество цементита.

4. Что такое цементит?

5. Какой из чугунов – белый или серый – обладает большей твердостью? Почему?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается перитектическое превращение?

Вариант 29

1. С чем связано деление сплавов на диаграмме на стали и чугуны?

2. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

3. Укажите фазы и структурные составляющие стали с 0, 4 % С при комнатной температуре и при 750 °С?

4. Определите для заданной стали количество углерода, содержащееся в фазах при указанных температурах.

5. Из каких фаз состоит белый эвтектический чугун при комнатной температуре?

6. Что такое δ -феррит?

Вариант 30

1. Что такое аустент?

2. Как будет изменяться содержание перлита при повышении содержания углерода в доэвтектоидных сталях?

3. Сколько углерода содержится в равновесных условиях в аустените при 750 °С в стали с содержанием углерода 0, 6 %?

4. Определите количество каждой фазы в заданной стали при указанной температуре.

5. Приведите точки диаграммы, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектодные и заэвтектоидные стали, доэвтектические и заэвтектические чугуны?

6. Расположите структурные составляющие железоуглеродистых сплавов в порядке возрастания твердости.

Литература

1. Гуляев А. П. Металловедение. − М.: Металллургия, 1986. – 542 с.

2. Арзамасов Б. И. Материаловедение. − М.: Машиностроение, 1986.

3. Лахтин Ю. М., Леонтьева Б. П. Материаловедение. − М.: Машиностроение, 1990. – 493 с.

4. Основы материаловедения. Под ред. И. И.Сидорина. − М.: Машиностроение, 1976.

5. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. − М.: Металлургия, 1983.

6. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. − М.: Металлургия, 1984. − 359 с.

7. Руководство к лабораторным работам по материаловедению. Под ред. И. И.Сидорина. − М.: Высшая школа, 1967.

1 индивидуальное задание по теме « Диаграмма состояния Fe- Fe₃C»

Варианты задания

В таблице 1 приведены исходные данные для выполнения второго индивидуального задания, указана массовая доля углерода (колонка 2 табл.).

Таблица 1

Варианты заданных сплавов

№ варианта	% углерода (по массе)	№ варианта	% углерода (по массе)	№ варианта	% углерода (по массе)
	5, 0		0, 1		4.5
	4, 3		3, 5		0, 6
	1, 0		0, 9		0, 25
	3, 0		0.022		1, 1
	0, 8		0.018		4, 7
	0, 4		2, 0		0, 5
	1, 3		2, 8		1, 2
	2, 2		0.35		0, 9
	5, 5		0, 7		0, 05
	0, 012		1, 8		0, 045

Порядок выполнения задания

1. В соответствии с номером Вашего варианта выписать из табл. 1 массовую долю углерода контрольного сплава.

2. На листе формата А4 вычертить диаграмму состояния Fe-Fe₃C. Обозначить структурные составляющие во всех областях диаграммы.

3. Нанести на диаграмму фигуративную линию контрольного сплава, выполнить построение необходимых конод.

4. Построить кривую охлаждения контрольного сплава. Дать подробное описание его микроструктуры при медленном охлаждении. Привести необходимые реакции.

5. Указать к какой группе железоуглеродистых сплавов он относится, по возможности привести марку рассмотренного сплава, его применение.

6. Схематически изобразить микроструктуру сплава в интервале температур первичной кристаллизации и при комнатной температуре. На рисунке отметить структурные составляющие.

Отчет по индивидуальному заданию выполняется по установленной форме.

Контрольные вопросы для защиты задания

1. Какое превращение происходит в железоуглеродистых сплавах при температуре 1147 °С?

2. Какое превращение происходит в железоуглеродистых сплавах при температуре 727 °С?

3. Какой фазовый состав имеют стали по завершению процесса первичной кристаллизации?

4. Какой фазовый состав имеют стали при комнатной температуре?

5. Чем отличается ледебурит от ледебурита превращенного?

6. Чем отличаются структурные составляющие “цементит первичный”, “цементит вторичный”, “цементит третичный”?

7. Назовите все характерные точки диаграммы и их общепринятые международные обозначения.

8. Каким образом отличаются обозначения критических точек при нагреве и охлаждении?

9. Назовите стабильную и метастабильную модификации углерода.
10. Назовите характеристики точек и линий диаграммы.

11. Что называют перлитом?

12. Что называют ледебуритом?

13. Что называют аустенитом?

14. Что называют ферритом?

15. Чем отличаются превращения в твердом состоянии у доэвтектоидной и заэвтектоидной стали?

16. Какая фаза первично кристаллизуется в заэвтектических белых чугунах?

17. Изобразите фазовую диаграмму железо-цементит.

18. Как называется чугун в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида?

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒