Построение кривых охлаждения сплавов

Компоненты, фазы и структуры в системе Fe- Fe3C

 

Компонентами сплавов являются железо и углерод. Оба полиморфные. Железо имеет две основные (всего 4) модификации: от температуры плавления 1539 до 911 °С – g с ячейкой ГЦК и ниже - a, имеющей ОЦК ячейку с периодом примерно в 1,3 раза меньшим. Поэтому поры (промежутки) в решетке ОЦК небольшие и меньше растворимость уг-лерода в ней. ГЦК решётка более компактна, поэтому при перестроении атомов Fea в Feg объём железа примерно на 1% уменьшается. Но рас-творимость углерода в решётке ГЦК больше, чем в ОЦК примерно в 100 раз (из-за большей поры в центре куба).

Углерод имеет две модификации: графит и алмаз. Графит стабилен, имеет слоистую гексагональную решётку со слабой молекулярной связью между слоями, поэтому он очень непрочен.

Углерод может растворяться в железе, образовывать с ним химическое

соединение – карбид Fe3C и, наконец, может находиться в высокоуглеродистых сплавах в свободном состоянии, в виде графита.

Фазы (однородные части сплава) в системе Fe-C

Жидкость – вещество с близкой межатомной связью, равномерно распределёнными компонентами, обладающее текучестью.

Аустенит – твёрдый раствор внедрения углерода и других элементов в g – железе с ограниченной растворимостью, достигающей 2,14% С. Условное обозначение: А или Feg (C).

Феррит – ограниченный твёрдый раствор внедрения углерода в a-железе: Ф или Fea (C).
Цементит – карбид железа Fe C, имеющий сложную ромбическую решётку и потому – очень твёрд (НВ 800) и хрупок. Обозначение Ц.

Графит – слоистая непрочная модификация углерода: Г.

    Структура     Тип соединения компонентов или фаз       Концентрация углерода, %       Число фаз     Примерные показатели механических свойств     Оценка по механическим свойствам  
  Gв,     d, %     НВ  
    Сверхчистое железо     Химический элемент       (примесей<0,01)                             Очень пластично, непрочно  
    Феррит     Твёрдый раствор углерода в a-железе     до 0,006 (при 20 ºC),   до 0,02 (при 727 ºC)                             Пластичен, непрочен  
    Аустенит     Твёрдый раствор углерода в g-железе       до 2,14                             Очень пластичен  
    Цементит     Химическое соединение Fe3C       6,67                             Очень твёрд и хрупок  
  Перлит     Механи-ческая смесь Ф+Ц     0,8                     Средне-прочен и плас- тичен  
  Ледебурит     Механи-ческая смесь П + Ц     4,3         —             Твёрд и хрупок  

 

Из таблицы видно, что феррит – мягкая, пластичная фаза (НВ 80, d»40%, sв » 300 МПа). Аустенит более пластичен (d»60 %, НВ 180-200), но прочнее феррита из - за большей растворимости углерода и больших искажений решётки.

Цементит очень твёрд, выше 210 °С немагнитен, плавится при 1260 °С.

Пластичные железоуглеродистые сплавы содержат до 2,14% С — это стали, при большей концентрации углерода при наличии эвтектики сплавы хрупки, это — чугуны.

В железоуглеродистых сплавах из растворимых фаз при низких тем-пературах имеются: феррит, цементит и графит. Кроме того, в состав сплавов входят смеси: эвтектика и эвтектоид. Их рассмотрим, изучая превращения в сплавах.

Диаграмма Fe – Fe3C

На диаграмме крайние ординаты соответствуют чистому железу (при С=0) и цементиту (при С=6,67, по другим источникам 6,69%). Первая ордината является и шкалой температур. Абсцисса – шкала концентраций по C и Fe3C.

Рассмотрим упрощённую диаграмму, детально верхний левый угол не рассматриваем.

Однофазные области содержат: 1. Жидкость (Ж);

2. Аустенит (А); 3. Феррит (Ф).

Остальные области и наклонённые линии – двухфазные. По три фазы имеются только на горизонталях ECF и PSK.

Линии:

 

ACD – ликвидус; AECF – солидус;

 

CD – первичного цементита, кристаллизующегося из жидкости;

ES – вторичного и PQ – третичного цементита, выделяющегося из аустенита и феррита, соответственно. Здесь и далее все процессы рассматриваются при охлаждении.

AC – линия начала кристаллизации аустенита;

 

AE – линия окончания кристаллизации аустенита;

 

GS – линия начала перекристаллизации аустенита в феррит; GP – линия окончания перекристаллизации (A ® Ф);

ECF – линия изотермического превращения жидкости, имеющей концентрацию точки C (4,3% C) в эвтектику Жс ® [Аe + Ц];

PSK – линия изотермического превращения аустенита, содержащего 0,8 % С, в эвтектоид («сплав, похожий на эвтектику») As ® [Фр + Ц].

PSK линия перлитного превращения, т.к. эвтектоид в системе Fe – C называют перлитом, а эвтектику – ледебуритом. Очень важная особенность строения этих смесей – мелкое зерно.

Построение кривых охлаждения сплавов

 

Кривые охлаждения можно построить с помощью правилафаз:

С=К+1,

где: С – число степеней свободы; К – число компонентов;

Ф – число фаз в сплаве.

Для двухкомпонентной системы С=3–Ф

Возможные значения С при числе фаз от 1 до 3:

 

С=0 – это означает, что фазы находятся в равновесии при T=Const, которая не может быть изменена до окончания процесса (уменьшения числа фаз). Итак, при С=0 – на кривой охлаждения будет горизонталь – температурная остановка.

С=1 – какая – то скорость охлаждения. С=2 – более высокая скорость охлаждения.

 

 

Кривые охлаждения для варианта №7