«Диаграмма состояния сплавов системы
ФГБОУ ВПО
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Кафедра: «Техническая механика и упаковочные технологии»
Лабораторная работа № 4
«Диаграмма состояния сплавов системы
железо-углерод»
Выполнил: студент группы ТД-121
Баходуров Х.А.
Проверил: Троицкий Б.С.
Кемерово 2015
Лабораторная работа № 4
Диаграмма состояния сплавов системы железо-углерод.
Цель работы: изучение диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов, анализ превращений, происходящих в сплавах при охлаждении и нагреве, определение фазового и структурного состояния сплавов в зависимости от их состава и температуры.
Контрольные вопросы:
1. Краткая характеристика компонентов сплавов системы Fe – C (кристаллическая структура, основные свойства).
2. Краткая характеристика фаз образующихся в сплавах системы Fe – C.
3. Основные превращения в сплавах системы Fe – C.
1. Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо и углерод, который может находиться в сплавах в химически связанном состоянии в виде цементита – Fe 3 C (Ц) или в свободном состоянии – в виде графита (Г).
Железо плавится при 1539 оС, обладает температурным полиморфизмом, т.е. в зависимости от температуры имеет различное кристаллическое строение, его плотность 7,86 .103 кг/м3.
При кристаллизации (1539 оС) образуется d - Fe, кристаллическая решетка которого описывается объемно центрированной кубической (ОЦК) решеткой (рис. 4.1 а), длина ребра куба (параметр решетки) а = 0,293 нм (при 1425 оС). Железо d существует в интервале температур 1539...1399 оС. При 1399 оС вместо d - Fe (ОЦК) путем перегруппировки атомов образуется g -Fe с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой (рис. 4.1 б), характеризующееся меньшей свободной энергией. Параметр решетки g -Fe а = 0,365 нм (при 950 оС); плотность – (8,0...8,1) .103 кг/м3. Оно устойчиво в температурном интервале 1392...910 0С. При 911 0С происходит полиморфное превращение, g -Fe переходит в a -Fe, имеющее ОЦК решетку с параметром а = 0,286 нм (при 20 0С), устойчивое ниже 911 оС вплоть до температуры близкой к абсолютному нулю.
Железо a в зависимости от температуры может находиться в различных магнитных состояниях. При температуре выше 768 0С (768...911 оС) a -Fe, так же как и g -Fe, – парамагнетик, ниже 768 0С – ферромагнетик. Температура 768 оС (точка Кюри) является температурой перехода a -Fe из парамагнитного состояния в ферромагнитное при охлаждении железа и, наоборот, – при его нагреве. Железо a с парамагнитными свойствами иногда называют b -Fe.
Как все чистые металлы, железо обладает низкой твердостью и прочностью, высокой пластичностью и вязкостью. Так, железо с содержанием примесей 0,01...0,1% имеет следующие свойства: твердость по Бринеллю НВ = 700…800 МПа; предел прочности на растяжение sв = 200...250 МПа; относительное удлинение d = 50...55 %., ударная вязкость КС = 220...250 кДж/м2.
Рис. 4.1. Кристаллическая структура железа:
а – объемно центрированная кубическая (ОЦК) решетка;
б – гранецентрированная кубическая (ГЦК) решетка
Цементит содержит 6,67 % углерода, кристаллическая структура его описывается ромбической элементарной ячейкой, образованной атомами углерода (рис. 4.2). Вокруг каждого атома углерода располагаются на расстоянии 0,18...0,20 нм по шесть атомов железа таким образом, что на одну ячейку приходится 4 атома углерода и 12 атомов железа. Поэтому ячейка состоит из трех формульных единиц Fe 3 С.
Связь между атомами в цементите сложная: металлическая (Fe – Fe), дополненная ковалентной (Fe – С).Цементит тверд (НВ ~ 8000 МПа) и хрупок (d ~ 0), прочность его на растяжение очень мала (sв ~ 40 МПа). Температура плавления равна 1450 оС. Цементит – фаза метастабильная (временно устойчивая), слабо ферромагнитная, точка Кюри – 210 оС. Время устойчивости цементита уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, при температурах, превышающих 950 оС, в течение несколько часов он распадается на железо и графит.
