Начинать изучение диаграммы железо–цементит можно только после того, как разобраны простые (двойные) диаграммы состояния. Повторите аллотропические превращения железа. Эта диаграмма должны быть хорошо усвоена, так как иначе невозможно понять сущность и различные виды термической обработки. Разберите все превращения, протекающие в железоуглеродистых сплавах при медленном охлаждении, и получающиеся при этом структуры, особенно превращения в твердом состоянии. В конспекте прежде всего вычертите диаграмму состояния железо–цементит, укажите структуры во всех областях, разберите и запишите, чем характерны все критические точки и линии диаграммы, их температуры и содержание углерода. Запомните, что в результате вторичной кристаллизации по линии GS при охлаждении начинается превращение аустенита в феррит вследствие аллотропического превращение γ-железа в α-железо. Так как в феррите максимально растворяется 0,04% углерода (точка Р), то в аустените количество углерода все время увеличивается. Каждая точка линии GS показывает содержание углерода в аустените при данной температуре. Критические точки, образующие линию GS, принято обозначать при нагреве АС3, а при охлаждении–Аr3. По линии ЕS при охлаждении из аустенита начинает выделяться вторичный цементит вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените при понижении температуры. Цементит содержит 6,67% углерода, поэтому в остающемся аустените количество углерода уменьшается. Каждая точка линии ЕS показывает содержание углерода в аустените при данной температуре (правило отрезков). Критические точки, образующие линию ЕS, принято обозначать А Ст. По линии РSК происходит окончательный распад аустенита на перлит во всех сплавах системы. Из аустенита образуется мелкая механическая смесь–эвтектоид, так как в равновесном состоянии γ-железо при температуре ниже 727ОС существовать не может, а γ -железо практически углерод не растворяет (точка Р). При температуре 727ОС во всех сплавах содержится в аустените 0,83%С (точка S, куда сходятся линии GS и ЕS), значит состав перлита также постоянен и содержит 0,83% углерода. Критические точки, образующие линию РSК, при нагреве обозначают АС1, а при охлаждении Аr1.
|
|
Отметьте в конспекте, что температура, при которой из аустенита начинает выделяться феррит или цементит (линии GS и ЕS), зависит от состава сплава, а превращение аустените в перлит происходит во всех сплавах при одной и той же температуре (727ОС).
Нужно знать, что в простых углеродистых сплавах в равновесном состоянии при температуре ниже 727 ОС аустенит существовать не может, он распадается на перлит (эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного). Запомните разницу между эвтектикой и эвтектоидом: и то и другое–мелкая механическая смесь, но эвтектика–продукт первичной кристаллизации, она получается при одновременной кристаллизации двух или нескольких фаз из жидкого раствора, а эвтектоид–продукт вторичной кристаллизации, он образуется при распаде твердого раствора. И эвтектика и эвтектоид образуются в том случае, если вещества друг в друге не растворяются в твердом состоянии. Хорошо разберитесь в процессах, протекающих при нагревании и охлаждении сплавов с различной концентрацией углерода. Особое внимание обратите на критические точки, в которых происходит вторичная кристаллизация, и на получающиеся структуры.
|
|
Изучая часть диаграммы с образованием чугуна, запомните, что ледебурит является характерным признаком белых чугунов. Повторите из темы 1.1, какие чугуны называются белыми, а какие – серыми. Содержание углерода может быть одинаковым и у белых и у серых чугунов; отличаются они состоянием углерода. В серых чугунах углерод имеет форму пластинок. Металлическая основа может быть перлитной и ферритной.
Отвечая на вопросы контрольной работы по диаграмме железо–углерод, вычертите полностью диаграмму и укажите структуры во всех областях. Проведите вертикаль, отвечающую заданному сплаву. Рядом с диаграммой вычертите кривую охлаждения данного сплава, укажите на ней температуры, соответствующие каждой критической точке. Опишите структурные превращения в каждой критической точке. Описывать нужно только те превращения, которые происходят в заданном сплаве.
Например:
Вычертите диаграмму железо–цементит и укажите превращения в стали, содержащей 1% углерода, при медленном охлаждении от 1600 до 20ОС. Ответ: при охлаждении сплава до температуры t=1450ОС (рис.1) идет охлаждение жидкого раствора. Начиная с точки t1 из жидкого раствора выделяются кристаллы аустенита. Аустенит–это твердый раствор углерода в γ-железе. В интервале температур между точками t1 и t2 =1340ОС количество кристаллов аустенита увеличивается, а количество жидкой фазы уменьшается. В точке t2 происходит окончательное затвердевание аустенита. В интервале температур между точками t2 и t3 никаких превращений не происходит, идет охлаждение аустенита. В точке t3=800ОС начинается вторичная кристаллизация: из аустенита начинает выделяться вторичный цементит, так как растворимость углерода в железе с уменьшением температуры уменьшается. Цементит–это химическое соединение железа с углеродом–карбид железа (Fe3С). В интервале температур между точками t3 и t4 количество цементита увеличивается. Поскольку цементит содержит 6,67% углерода, в остающемся аустените количество углерода уменьшается в соответствии с точками линии ЕS. В точке t4=727ОС оставшийся аустенит, содержащий 0,83% углерода (точка S), окончательно распадается на перлит. Перлит–это эвтектоид–мелкая механическая смесь феррита и цементита вторичного. Окончательная структура сплава – перлит и цементит вторичный.
После изучения темы нужно уметь:
1) описывать превращения, протекающие в железоуглеродистых сплавах разной концентрации при их медленном охлаждении или нагревании;
2) объяснять причины вторичной кристаллизации в железоуглеродистых сплавах;
3) указывать превращения во всех критических точках диаграммы;
4) исходя из структуры до- и заэвтектоидной стали, указывать разницу в свойствах;
5) исходя из структуры белых и серых чугунов указывать их свойства и область применения.
Вопросы для самоконтроля
1 Перечислите фазы системы железо-цементит. Укажите условия их образования
2 Сравните по твердости и пластичности цементит, феррит, аутенит
|
|
3 Изобразите диаграмму состояния Fe – Fe3C, поясните значение точек и линий диаграммы.
4 Поясните превращения, происходящие в структуре при медленном охлаждении расплава до комнатной температуры в сталях с содержанием углерода 0,3; 0,8; 1,2%. Укажите различие их структуры при комнатной температуре
5 Поясните превращения, происходящие в структуре при медленном охлаждении расплава до комнатной температуры в чугунах с содержанием углерода 3,2; 4,3; 5%. Укажите различие их структуры при комнатной температуре
6 Дайте определение структур перлит и ледебурит.
7 Укажите различие эвтектоидного и эвтектического превращений
Тема 2.5 Термическая обработка
Термическая обработка; ее сущность и назначение. Факторы, влияющие на результат термической обработки. Классификация видов термической обработки. Роль отечественных ученых в области теории и практики термической обработки.
Превращения в стали при нагреве и охлаждении. Структуры, получающиеся при разной скорости охлаждения аустенита (сорбит, бейнит, троостит, мартенсит); их характеристики и свойства.
Отжиг стали. Виды отжига и его назначение. Структура металла до и после отжига. Механические свойства стали до и после отжига.
Нормализация стали. Назначение и сущность нормализации. Образующиеся структуры. Отличие нормализации от отжига. Свойства стали после нормализации и область применения после нормализации.
Закалка стали. Назначение и сущность процесса закалки, основные виды закалки. Понятие о прокаливаемости стали. Охлаждающие среды и их влияние на структуру закаленной стали. Методы закалки и выбор температуры нагрева стали под закалку. Структуры, получаемые после закалки, их краткая характеристика. Обработка холодом. Основная цель и сущность обработки стали холодом. Выбор температуры. Область применения метода.