Теоретическое обоснование. Металлы, их термическая и механическая обработка
Металлы, их термическая и механическая обработка
Лабораторная работа 6. АНАЛИЗ Диаграммы состояния системы Fe –Fe3C
6.1. Цель работы. Изучить диаграмму состояния системы Fe –Fe3C. Выполнитьодно из заданий (указывает преподаватель), Найти среди снимков, демонстрируемых на экране монитора, системы, указанные в задании, и зарисовать их.
Теоретическое обоснование
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы Fe – C. Это обусловлено тем, что в технике наиболее широкое применяют железоуглеродистые сплавы.
Имеется две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе Fe – Fe3C (цементит), и стабильная, характеризующая превращения в системе Fe – C.
Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539°С имеет две модификации — aи g. Модификация Fea существует при температурах до 911°С и от 1392 до 1539°С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при 20 - 25°С). Важной особенностью Fea является его ферромагнетизм ниже температуры 768°С, называемой точкой Кюри.
Модификация Feg существует в интервале температур от 911 до 1392°С, и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК. В связи с этим при Fea ÞFeg объём железа уменьшается приблизительно на 1%. Feg парамагнитно.
Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз. (Это используют при получении синтетических алмазов.)
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.
Феррит(обозначают Ф или a)— твердый раствор внедрения углерода в Fea. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,02%, в высокотемпературном — 0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Feaобусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит — мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами: sв = 300 МПа; d = 40%; y = 70%; KCU = 2,5 МДж/м2; твердость — 80 - 100 НВ.
Аустенит(обозначают А или g) — твердый раствор внедрения углерода в Feg. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Feg значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (160 - 200 НВ) при 20 - 25°С.
Цементит(обозначают Ц) — карбид железа (почти постоянного состава) Fе3С, содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (800 НВ) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при 210°С. Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 1260°С.
Графит— углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.