Построение кривой кристаллизации заданного сплава

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 34Следующая ⇒

По диаграмме железо-цементит можно построить кривые охлаждения (нагревания). Для этого точки пересечения вертикали с линиями диаграммы (рис.5.2), обозначающий сплав определенной концентрации, переносят на систему координат температура-время и строят кривую нагревания или охлаждения этого сплава. При построении кривой кристаллизации сплава руководствуются значениями вариантности системы в каждом из температурных интервалов. При этом интервалы с нулем степеней свободы изображаются в виде горизонтального отрезка, интервалы с одной или двумя степенями свободы – в виде наклонной линии. Причем линия, соответствующая интервалу с двумя степенями свободы, вычерчивается круче, чем с одной степенью свободы.

Масштаб по горизонтали произвольный. Точки пересечения с кривыми линиями диаграммы соответствуют перегибам на кривых охлаждения и нагревания, а точки пересечения с горизонтальными линиями соответствуют площадкам на тех же кривых.

5.2.3.Определение химического состав фаз и их количество в

структуре сплава

Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с помощью каноды, а их количество - по правилу рычага

При отыскании концентрации углерода в фазах в температурных интервалах, соответствующих двухфазным областям, следует применить правило отрезков: «Чтобы определить концентрацию компонентов в фазовых составляющих сплава, нужно через заданную точку двухфазной области провести коноду (рис.5.2). Конодой называется горизонтальный отрезок, проведенный в двухфазной области диаграммы состояния и опирающийся своими концами на фазовые границ).

Для определения химического состава фаз сплава состава с' при определенной температуре, например, при t₁, необходимо через фигуративную точку сплава с провести каноду асв. Фигуративной точкой называется точка на диаграмме состояния, характеризующая состояние сплава заданной концентрации при определенной температуре.

Точка а характеризует твердую фазу, а точка в - жидкую фазу. Спроектировав их на ось концентраций, получим состав фаз - а¢ -состав твердой фазы, а в' - жидкости при температуре t₁ сплава состава с¢.

Правило рычага для определения количества равновесных фаз: отрезки каноды а-в между точкой, определяющей состав сплава с и точками, определяющими составы фаз (а, в), обратно пропорциональны количеству этих фаз Q_ж/Q_А. = аc/сb (рис 5.2), где:

Q_ж - количество жидкости;

Q_А. - количество аустенита при температуре t₁, соответствующей точке с .

Пусть в точке с масса всего сплава составляет 100 г, тогда Q_ж/(100-Q_ж) = аc/аb. Подставляя значения отрезков в сплав, взятые из диаграммы состояния, можно определить количество жидкости, а затем и количество аустенита. Следует пользоваться значениями концентраций как координатами на числовой оси.

Расчет количественного фазового состава в трехфазных областях невозможен, поскольку в них происходит при одной и той же температуре непрерывное изменение соотношения фаз. Характер изменения определяется направлением движения теплоты (к системе или от нее).

При расчете количественного структурного состава сплава при данной температуре конода должна опираться не на фазовые, а на структурные границы. К структурным границам относятся, кроме границ, совпадающих с фазовыми границами (сплошные линии диаграммы состояния), еще и вертикальные линии, проведенные пунктирными линиями и соответствующие эвтектической (4, 3 %) и эвтектоидной (0, 8 %) концентрации углерода в сплавах.

Задачу о количественном структурном составе сплава при трех структурных составляющих решают более сложным путем. В данном случае используют то, что масса эвтектики с момента ее образования остается в сплаве при дальнейшем его охлаждении неизменной. Поэтому содержание эвтектики (ледебурита) можно рассчитывать при условии, когда в сплаве присутствуют только две структурные составляющие (ледебурит + аустенит).

Например:

Ниже приведены: диаграмма железо-цементит (рис 5.2); кривые охлаждения с 0, 7%С (сплав I, рис 5.3 и таблица5.4) и 2, 5%С (сплав II, рис.5.4).

Чтобы построить кривую охлаждения, необходимо:

а) найти на оси концентрацийуглерода, диаграммы железо-цементит точку, определяющую состав заданного сплава и провести вертикальную линию, которая пересекает данную диаграмму;

Рис. 5.2. Диаграмма состояния железо – цементит

Таблица 5.4

Сплав содержит 0, 7 % углерода

Номера температурных интервалов	Температурные границы интервалов, °С	Концентрация углерода в фазовых состояниях, %	Структурный состав	Варианность системы
верхние границы	нижние границы	Наименование фазы	на верхней границе темпера- турного интервала	на нижней границе темпера- турного интервала
			Ж А	0, 7 0, 2	2, 25 0, 7	Ж+А
			А	0, 7	0, 7	А
			А Ф	0, 7 0, 016	0, 8 0, 02	А+Ф
			Ф А Fe₃С	0, 8 0, 02 6, 67	0, 8 0, 02 6, 67	А+Ф+ П
			Ф Fe₃С	0, 02 6, 67	0, 01 6, 67	Ф+П
Ж - жидкость, А - аустенит, Ф - феррит, П - перлит, Fe₃С - цементит

Рис.5.3. Кривая охлаждения сплава с 0, 7 % углерода (1)

Рис.5.4. Кривая охлаждения сплава с 2, 5 % углерода ( II )

б) там, где заданная линия пересекает линии диаграммы обозначить точки 0-1-2-3-4 т.д.

в) в каждой точке определить количество фаз и указать, какие происходят превращения.

Порядок выполнения работы

5.3.1. Изучить структурные составляющие диаграммы железо-цементит по содержанию углерода, числу фаз, кристаллическим решеткам и свойствам.

5.3.2. Изучить структурные превращения железоуглеродистых сплавов по диаграмме железо-цементит при нагреве и охлаждении.

5.3.3. Выработать навыки по применению к диаграмме железо-цементит правила фаз и правила отрезков с пояснением условий для сохранения сплавов в равновесном состоянии. Научиться определять процентный и количественный состав сплавов.

5.3.4. Приобрести навыки вычерчивания кривых охлаждения и нагревания по диаграмме состояния сплавов с применением правила фаз Гиббса.

Таблица 5. 5

Исходные данные для анализа процесса кристаллизации

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒