5. Характеристика основных структур:
В системе железо-цементит (Fe — Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор, твердые растворы — феррит и аустенит, а также химическое соединение — цементит.
Феррит может иметь две модификации — высокои низкотемпературную. Высокотемпературная модификация d-Fe и низкотемпературная — a-Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в dи aжелезе. Предельное содержание углерода в a-Fe при 723 °C — 0,02%, а при 20 °C — 0,006%. Низкотемпературный феррит a-Fe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства.
Аустенит g-Fe — твердый раствор углерода в g-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160…200 НВ.
Цементит Fе3С — химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% углерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950 °C, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью.
В системе железо — цементит имеются две тонкие механические смеси фаз — эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).
Ледебурит является смесью двух фаз g-Fe + Fе3С, образующихся при 1130 °C в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.
Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталяхкарбидов), образующуюся при 723 °C и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого.
6. Описать процессы, происходящие в сплаве с заданным содержанием углерода при охлаждении от 1600 до 20 градусов.
Указать структуры при температурах Т1= 1050 градусов и Т2= 650 градусов. Определить содержание углерода в структурных составляющих сплава при Т2= 650 градусов.
Сплав, содержащий 1,2% углерода является заэвтектоидной сталью. При охлаждении от 1600 до 20 градусов он претерпевает следующие превращения:
(на основании диаграммы)
1600 — сплав однофазный (жидкость) Т=1460 — начало первичной кристаллизации. Из жидкого расплава начинают выпадать кристаллы аустенита, структура становится двухфазной-Жидкость+Аустенит.
Процесс продолжается до точки на линии солидус Т=1300 пока вся жидкость не закристаллизуется.
В точке Т=1300 первичная кристаллизация заканчивается и структура становится твердой однофазной однокомпонентнойАустенит.
Дальнейшее охлаждение приводит к обеднению аустенита по углероду. В промежутке между точками Т=1300 и Т=870 сохраняется аустенит. В точке Т=870, лежащей на линии ОЕ, начинается вторичная кристаллизация. Из аустенита выпадает Цементит вторичный в виде сетки по границам аустенитного зерна. Структура становится двухкомпонентной Аустенит+Цементит вторичный.
Между точками Т=870 и Т=727 структурных изменений нет, но падает содержание (растворимость) углерода в аустените, пока не достигнет минимума 0,8% при температуре 727 градусов. В этой точке происходит перлитное превращение. Структура становится Перлит+Цементит вторичный.
Охлаждение ниже 727 градусов изменяет растворимость углерода в феррите, входящем в состав перлита. Эти изменения протекают по линии PQ.
При Т1=1000 -структура стали — Аустенит При Т2=650-структура — перлит +цементит вторичный.
Итак, в точке при Т2 имеются перлит, химический состав которого описывается точкой a (0,8%С) и вторичный цементит, химический состав которого описывается точкой с (2,14%С) Составляем и решаем пропорцию:
QП/Qобщ= вc/aс
QП/100 = 5/20
QП = 5/20×100 = 25%
QЦ = 100 — 20% = 75%
Ответ: QП = 20%; Qц = 80%; СП = 0,8%С; Сц = 2,14%С.
