ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 99
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
II. Определить среднее содержание углерода и легирующих элементов по заданной марке стали (EU). Привести маркировку этих же сталей по стандартам России.
| Заданная марка стали (EU) | Среднее содержание углерода и легирующих элементов, % | Марка стали (РФ) |
| 45S20 | C - 0,37 - 0,45 Si - 0,15 - 0,35 Mn - 1,2 - 1,55 S – 0,18 - 0,3 P – до 0,05 | А40Г |
| 28NiCrMo4-4 | С – 0,24-0,34 Si – 0,15-0,40 Mn – 0,30-0,60 P – до 0,035 S – до 0,035 Cr - 1,00-1,30 Ni - 1,00-1,30 Mo – 0,20-0,30 | 40ХН2МА |
| X12CrNiMo18-18 | С – до 0,03 Si – до 1,0 Mn – до 2,0 P – до 0,045 S – до 0,015 Cr - 16,5-19,5 Ni - 10,5-15,0 Mo - 3,0-4,0 N - 0,1-0,2 | 03Х19Н13М3 |
III. Расшифруйте марки цветных металлов, сплавов и чугунов
Марка цветных металлов, сплавов и чугунов
Расшифровка марки цветных металлов, сплавов и чугунов
ВЧ10
Высокопрочный чугун. Чугун с шаровидным графитом для отливок с временным сопротивлением при растяжении 100 МПа
АЛ25
АК12М2МгН (бывш. АЛ25) - алюминиевый литейный сплав для изготовления фасонных отливок, поршней дизелей
МА15
магниевый деформируемый сплав
ЭП209
электростальская поисковая — опытные марки стали
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ Fе-C
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
- изучить фазовые и структурные превращения железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии;
- научиться строить кривые охлаждения и нагрева для сплава с любым процентным содержанием углерода
Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.
Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.
Диаграмма состояния железо – цементит представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Диаграмма состояния железо – цементит
Таблица 1 – Основные точки диаграммы
| Точки | A | B | C | D | E |
| %С | 0 | 0,6 | 4,3 | 6,3 | 2,14 |
| Температура | 1539 | 1499 | 1147 | 1550 | 1147 |
| Точки | F | G | K | P | S |
| %С | 6,3 | 0,02 | 6,3 | 0,02 | 0,8 |
| Температура | 1147 | 911 | 727 | 727 | 727 |
Диаграмма железо – углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит –Fe3C . Каждое устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму – по частям. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до 6%, то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до химического соединения цементита, содержащего углерода.
Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов.
Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539 oС ±5o С.
В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911o С и 1392o С. При температуре ниже 911o С существует Fea с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392o С устойчивым является Feg с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется Fed или высокотемпературное Fea. Высокотемпературная модификация не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911oС превращения Fea«Feg обозначают точкой A3 , а температуру 1392o С превращения Fea«Feg - точкой А4.
При температуре ниже 768
o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768o С обозначается А2.
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности sB=250 МПа, предел текучести sТ=120 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение d=50%, а относительное сужение Y=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 0С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 0С).
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, 1550o С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217o 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.
В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.
1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
2. Феррит (Ф) (C) – твердый раствор внедрения углерода в a-железо.
Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727o С ( точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.
При температуре выше 1392o С существует высокотемпературный феррит (d) , с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499o С (точка J). Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности sВ=300 МПа) и пластичен (относительное удлинение 30%), магнитен до 768o С.
3. Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в g-железо. Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147o С (точка Е).
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение 40-50% ), парамагнитен.
При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.
4. Цементит – характеристика дана выше.
В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный (ЦI), цементит вторичный (ЦII), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.
Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов.
Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита (d), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.
Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита (d). На линии HJB при постоянной температуре 14990С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита (d), в результате чего образуется аустенит: L+Ф(d)®А.
На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147oС идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного:
L43®эвте(А+ЦI)
Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.
При температуре ниже 727o С в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП).
По линии HN начинается превращение феррита (d) в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита (d) в аустенит заканчивается.
По линии GS превращение аустенита в феррит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается.
По линии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.
По линии МО при постоянной температуре 768o С имеют место магнитные превращения.
По линии PSK при постоянной температуре 727o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного:
По механизму данное превращение похоже на эвтектическое, но протекает в твердом состоянии.
Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода.
Название получил за то, что на полированном и протравленном шлифе наблюдается перламутровый блеск.
Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования.
По линии PQ начинается выделение цементита третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.
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 (7270С) – превращение П ® А;
A2 – линия MO (7680С, т. Кюри) – магнитные превращения;
A3 – линия GOS ( переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф ® А;