Определить вид углеродистой стали и белого чугуна по заданному содержанию углерода, отметить эти точки на своей диаграмме

Сплав содержащий до 2,14 % С – сталь. По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02 % < C < 0,8 %) структура феррит + перлит (Ф+П); эвтектоидные (С = 0,8 % С), структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый.; заэвтектоидные (0,8 % < C < 2,14 %), структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.

Сталь углеродистая с содержанием углерода 0,55. % С – это сталь доэвтектоидная (содержание углерода меньше 0,8%).

Сплав содержащий от 2,14 % С до 6,67 % С – чугун.

Чугун, содержащий от 2,14 % С до 4,3 % С называется доэвтектическим.

Чугун с содержанием 4,3 % С называется эвтектическим или ледебуритным.

Чугун, содержащий более 4,3 % С называется заэвтектическим.

Белый чугун с содержанием углерода 5.0 % С – это чугун заэвтектический (содержание углерода в пределах 4,3-6,67%).

Построить кривые охлаждения стали и чугуна с указанием положения критических точек.

а                                                                                б

 

Рис.2 Кривые охлаждения стали (а) и чугуна (б)

4. Зарисовать схематично процесс охлаждения.

а – доэвтектоидная сталь ; б – заэвтектический белый чугун .

 

5. Описать словесно процесс охлаждения углеродистой сталь с содержанием 0,55 % С (из жидкого состояния до комнатной температуры) с описанием всех структурных и фазовых превращений.

Углеродистая сталь с содержанием 0,55 % С, доэвтектоидная, кристаллизуется в интервале температур, ограниченными линиями ВС и IE от 1510°С до 1440°С (рис.2,а).

Первичная кристаллизация: Ниже линии ВС сталь состоит из жидкой фазы и аустенита. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус ВС, а аустенита - по линии солидус IE.

При температуре около1440° C состав жидкой фазы определяется точкой 2, аустенита – точкой 1.

Ниже температуры по линии солидус IE -1440°С, до температуры по линии GOS - 790°С), происходит затвердевание и сталь получает однофазную структуру – аустенит.

Первичные кристаллы аустенита имеют вид дендритов, величина и строение, которых определяется перегревом металла выше линии ликвидус, его составом и условиями охлаждения в процессе кристаллизации.

При понижении температуры состав аустенита меняется по линии GOS, а феррита - по GP.

Вторичная кристаллизация:

Начало вторичной кристаллизации на линии GОS (790°С) и образование ферритно-аустенитной структуры.

Конец вторичной кристаллизации - на линии PSK (735°С), аустенит превращается в эвтектоидную смесь - перлит.

Таким образом, структура доэвтектоидной углеродистая стали с содержанием 0,55 % С после окончания всех превращений состоит из феррита и перлита.

Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения.

Обозначаются буквой А (от французского arret – остановка):

А1 – линия PSK (727°С) – превращение П А;

A2 – линия MO (768°С, т. Кюри) – магнитные превращения;

A3 – линия GOS(переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф А;

A4 – линия NJ (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение ;

Acm – линия SE (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – начало выделения цементита вторичного (иногда обозначается A3).

Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е , при охлаждении – букву r, т.е. .

Белый чугун с содержанием 5,0 % С, заэвтектический, кристаллизуется в интервале температур, ограниченными линиями CD и СF (рис.2, б).

Первичная кристаллизация проходит по линии ликвидус CD - 1230°С - жидкая фаза, заканчивается по линии СF - 1147°С – образование кристаллов цементита первичного.

Конец первичной кристаллизации при полном медленном охлаждении образуют структуру цементита первичного и ледебурита (аустенит +цементит). Вторичная кристаллизация – при температуре ниже 727° С, меняется состав ледебурита (перлит + цементит).

После окончания всех превращений структура белого чугуна с содержанием 5,0 % С, состоит из ледебурита + цементита первичного.

5. Заполнить таблицы 4, 5:

Таблица 4 – Линии диаграммы Fe – Fe₃С

Обозначение	Описание
Линия АBCD	Линия ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита (), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.
Линия AHJECF	Линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита (). На линии HJB при постоянной температуре 1499°С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита (), в результате чего образуется аустенит. На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного
Линия ECF	При 1147°С протекает эвтектическая реакция Lc-AE+Ц. Жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом.
Линия PSK	При 727°С протекает эвтектическая реакция A - Фр+Ц. В отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз. Продукт превращения – эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом.
Линия ES	Показывает предельную растворимость углерода в аустените.
Линия PQ	Показывает предельную растворимость углерода в феррите.

 

Таблица 5 – Точки диаграммы Fe – Fe₃С

Обозначение	Температура, °С	Концентрация углерода, %	Описание
A	1539	0	Температура плавления железа.
N	1392	0.1	Критическая точка перехода α=γ-железа обозначают Ас4 (при нагреве), и Ar1(при охлаждении).
G	910	0	Критическая точка перехода α=γ-превращения обозначают Ас3 (при нагреве), и Ar3(при охлаждении).
E	1147	2.14	Предельное содержание углерода в аустените.
P	727	0.02	Предельное содержание углерода в феррите.
C	1147	4.3	Нонвариантное равновесие аустенита состава Е, цементита (Fe3C) и жидкой фазы состава С.При кристаллизации жидкого сплава состава С образуется эвтектика ледебурит (аустенит + состав Е + цементит)
S	727	0.8	Предельное содержание углерода в аустените.