Задание 3. Вычертить диаграмму состояния "железо - цементит" (можно в упрощенном виде), указать структурные составляющие во всех областях диаграммы и

Вычертить диаграмму состояния "железо − цементит" (можно в упрощенном виде), указать структурные составляющие во всех областях диаграммы и дать их краткую характеристику. Зарисовать схематично структуру сплава с содержанием С=1,5% (используя альбомы микроструктур) и выполнить следующее:

в) определить и соответственно обозначить на рисунке фазовые и структурные составляющие;

г) описать превращения, происходящие в заданном сплаве при охлаждении.

Решение. Диаграмма состояния «железо – цементит» (упрощенный вариант) с указанием областей существования всех структурных составляющих представлена на рисунке 3.

Краткая характеристика структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.

Однофазные составляющие:

- феррит — твердый раствор внедрения углерода в α-железе- Fe_α (C).

Максимальная растворимость углерода в феррите около 0,006% при 20°С и 0,02% при 727 °С. Кристаллическая решетка — объемноцентрированный куб. Феррит магнитен и весьма пластичен. Твердость феррита 80-100НВ

- аустенит — твердый раствор внедрения углерода в γ-железе — Fe _γ (С). Максимальная растворимость углерода в аустените при 1147 °С равна 2,14%. Кристаллическая решетка — гранецентрированный куб. Аустенит немагнитен и обладает меньшим удельным объемом, чем феррит. Твердость аустенита около 200НВ;

- цементит — химическое соединение железа с углеродом — Fe₃C. Цементит имеет сложную (ромбическую) кристаллическую решетку, очень высокую твердость, весьма хрупок. В зависимости от условий образования различают: первичный цементит, образующийся в процессе первичной кристаллизации из жидкого раствора; вторичный цементит, образующийся при распаде аустенита по линии ЕS диаграммы состояния и третичный цементит, образующийся при охлаждении феррита вследствие уменьшения растворимости углерода по линии PQ диаграммы состояния.

Двухфазные составляющие:

- перлит (эвтектоид) представляет собой смесь феррита и цементита. Перлит образуется при медленном охлаждении из аустенита при температуре 727°С и содержит 0,8% углерода. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой: А _0,8 → П(Ф _0,02 + Ц _6,67);

- ледебурит (эвтектика) — смесь аустенита и цементита. Ледебурит образуется при кристаллизации жидкого раствора постоянного состава (4,3%С) при температуре 1147 °С. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой: ЖР _4,3 → Л(А _2,14+Ц _6,67).

Ледебурит имеет очень высокую твердость (800HВ), очень хрупок, содер-жится только в белых чугунах.

Схематичное изображение микроструктуры сплава, с содержанием углерода С = 1,5% представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 Микроструктура стали

Структура стали состоит из перлита и цементита вторичного, т.е. сталь заэвтектоидная, область существования таких сталей на диаграмме состояния (рис. 3) расположена ниже линии РSК в интервале содержания углерода от 0,8 до 2,14 % (заштриховать или выделить цветом).

Описание превращений, происходящих в заданном сплаве при охлаждении:

Сплав при температуре выше 1460?С находится в расплавленном состоянии. По линии ликвидуса при температуре ниже 1460?С из сплава начинают выделяться кристаллы аустенита. При температуре 1300?С сплав полностью кристаллизуется и состоит из одного аустенита. При понижении температуры до 1000?С никаких изменений не происходит, ниже 1000?С начинается вторичная кристаллизация, связанная с распадом аустенита. Из аустенита начинает выделяться цементит. При температуре 727?С аустенит полностью распадается с образованием перлита. Конечный состав сплава цементит вторичный плюс перлит.

Рисунок 3 Диаграмма состояния «железо-цементит»