 |
Компоненты диаграммы и их свойства
|
|
|
|
Бийский технологический институт (филиал)
И.В. Боткин, Ю.Н. Косицын, П.И. Мазуров
Лабораторная работа №4 (4 часа)
ИЗУЧЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Fe – Fe3C
Методические указания к лабораторной работе
Бийск 2009
УДК
Боткин И.В. Изучение диаграммы состояния сплавов системы Fe – Fe3C. Методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 151001, 190603, 170104, 240701, 240702, 240706, 160302, 220501, 260601 /И.В. Боткин, Ю.Н. Косицын, П.И. Мазуров.
Алт. гос. тех. ун-т, БТИ, - Бийск
Из-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. - 19с.
Методические указания предназначены для студентов, изучающих курс «Материаловедение».
В указаниях даются методы анализа диаграммы состояния сплавов и основные правила, которыми пользуются при изучении диаграмм состояния.
Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
Протокол № ___от «___» «________________» 200_ г.
Рецензент: д.т.н., начальник отдела ФГУП «ФНПЦ «Алтай» Игонин Г.С.
©БТИ АлтГТУ, 2009
Цель работы
Закрепление знаний, полученных на лекциях; научиться проводить анализ диаграммы состояния сплавов на примере диаграммы Fe – Fe3C.
2 Предмет и содержание работы
Диаграммой состояния сплавов называется графическая зависимость фазового состава данной системы сплавов от температуры и концентрации исходных компонентов.
Изучение диаграммы состояния сплавов системы Fe – Fe3C имеет большое практическое значение, поскольку железоуглеродистые сплавы являются основным материалом нашей промышленности. Умение читать данную диаграмму позволяет более грамотно выбирать необходимые марки сталей и чугунов, разрабатывать технологические процессы, связанные с обработкой этих сплавов.
|
|
|
Несмотря на то, что и стали, и чугуны относятся к сплавам сложного состава, т.к. кроме железа и углерода они обязательно должны содержать марганец, кремний, серу и фосфор, тем не менее, фазовый анализ этих сплавов позволяет их рассматривать как двойные сплавы, пренебрегая наличием примесей. Диаграмма состояния сплавов системы Fe – Fe3C представлена на рисунке 1.
Компоненты диаграммы и их свойства
Компонентами диаграммы являются железо, углерод и цементит.
1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539 °С± 5 °С. В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911 °С и 1392 °С. При температуре ниже 911 °С существует Feα с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911...1392 °С устойчивым является Feγ с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392 °С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется Feδ или высокотемпературное Feα. Высокотемпературная модификация Feα не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911 °С превращения Feα ↔ Feγ обозначают точкой A3 , а температуру 1392 °С превращения Feδ ↔ Feγ – точкой А4.
При температуре ниже 768 °С железо ферромагнитное, а выше – парамагнитное. Точка Кюри железа 768 °С обозначается А2.
| Рисунок 1 – Диаграмма состояния Fe – Fe3C |
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности σВ =250 МПа, предел текучести σТ =120 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение δ=50 %, a относительное сужение ψ= 80 %). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.
Железо характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.
|
|
|
Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.
2. Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 °С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 °С).
В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).
3. Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.
Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.
Температура плавления цементита точно не установлена (1250…1550 °С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217 °С.
Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.
Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.
Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.
|
|
|
