Кристаллизация сталей и твердофазные превращения в сталях. Выделение аустенита, феррита, цементита, перлитное превращение (124986)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации












КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему


«Кристаллизация сталей и твердофазные превращения в сталях. Выделение аустенита, феррита, цементита, перлитное превращение»










Алчевск 2009


1. Кристаллизация в сталях


Рисунок 1. Участок диаграммы состояния железо – карбид железа


Характерные точки диаграммы:

B (1499ºС) ─ 0,51% С

H (1499ºС) ─ 0,1% С

I (1499ºС) ─ 0,16% С

Пять групп сталей при кристаллизации:

Iгр. – от 0 до 0,1% С (до т.H)

IIгр. – от 0,1 до 0,16% С (от т. H до т. J)

IIIгр. – 0,16% C (т. J)

IVгр. – от 0,16 до 0,51% С (от т. J до т. В)

Vгр. – от 0,51 до 2,14% С (от т. В до т. С)

Рассмотрим ряд характерных сплавов:

Сплав I

При температуре соответствующей точке 1, сплав находится в равновесном состоянии, имеется набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

При t2 ─ количество и размер фазовых и концентрационных флуктуаций увеличивается, и немного ниже t2 начинается процесс кристаллизации. Линия АВ ─ линия насыщения жидкого сплава δ-Ферритом. Состав жидкости описывается линией ликвидус, а δ-Ф по линии солидус.

При t3 жидкая фаза имеет состав т. б, а δ-Ф ─ состав т. а.

При t4 кристаллизация заканчивается, ниже этой температуры существует только δ-Ф, вплоть до температуры t5.

Ниже t5 δ-Ф пересыщается Fe (Аустенитом) и происходит его выделение.

При температуре t6 ─ точка в описывает состав ─ δ-Феррита, точка г ─ описывает состав Аустенита.

Количественное соотношение фаз:


δв =

Аг=


Ниже точки 7 существует только аустенит.

Сплав II

Точка 1, 2, 3 ─ аналогично сплаву l.

При температуре t4, соответствующей перитектическому равновесию, состав жидкой фазы определяется точкой В, а состав δ-Феррита точкой Н:


δн + Жв АJ + δн (остаточный или избыточный)


При дальнейшем охлаждении ниже t4 остаточный δост. кристаллизируется в аустенит (А).

Ниже т. 5 существует только аустенит.

Сплав III

Точки 1, 2, 3 ─ аналогично сплавам I, II.

При температуре т. 4 (J) (температура перитектического равновесия):


δн + Жв АJ (100%),

происходит полное превращение без сохранения избыточных фаз.

Сплав IV

Точки 1, 2, 3 ─ аналогично сплаву IIII.

При температуре т. 4 происходит перитектическое превращение:


δ-Фн + Жв АJ + Жост.


При дальнейшем понижении температуры от т. 4 до т. 5, оставшаяся жидкая фаза кристаллизуется в аустенит (А).

Сплав V

При температуре т. 1 и т. 2 ─ положение сплава аналогичны ранее рассмотренным.

При температуре т. 3 происходит кристаллизация жидкости в аустенит (в т. 2 жидкая фаза пересыщается в отношении -Fe).

Для жидкости состав меняется по ликвидус f – 5, а для Аустенита ─ d – 4, по линии солидус.

Ниже т. 4 существует только аустенит.

Таким образом, какой бы мы сплав не взяли, при содержании углерода менее 0,51%, несмотря на предварительные образования δ-фазы, в конечном итоге образуется -фаза (аустенит).

Аустенит представляет собой однородный твердый раствор внедрения углерода в Fe.


Рисунок 2. Микроструктура аустенита


2. Твердофазные превращения в сталях


Сплавы Fe с С содержащие от 0 до 0,025% С ─ технически чистое железо.

Сплавы Fe с С ─ от 0,025 до 0,81% С ─ доэвтектоидные стали.

Сплавы Fe с С ─ 0,81% С ─ эвтектоидная сталь.

Сплавы Fe с С ─ от 0,81 до 2,14% С ─ заэвтектоидные стали.


Рисунок 3. Участок диаграммы состояния железо – карбид железа


Рассмотрим ряд характерных сплавов:

Сплав I (технически чистое железо).

Точка 1 ─ существует Аустенит, имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

Точка 2 ─ увеличивается размер и количество фазовых и концентрационных флуктуаций.

В точке 3 ─ начинается выделения кристаллов феррита ( – модификация). Проводим каноду: т. а ─ описывает состав аустенита (начало полиморфного превращения -Fe-Fe); т. б ─ описывает состав феррита (конец полиморфного превращения).

Количественное соотношение фаз:


Аа =,

Фб =,


(при расчете в домашнем задании и необходимо измерять линейкой, а затем рассчитывать).

С охлаждением сплава количество феррита (Ф) увеличивается (состав изменяется от б до 4), а аустенита (от а до г).

В точке 4 превращение А заканчивается. При t5 существует только феррит. Линия PQ ─ линия изменения растворимости С в Феррите.

При охлаждении ниже PQ феррит пересыщается углеродом, в результате чего происходит выделение избыточного углерода в виде цементита третичного.


Рисунок 4. Микроструктура технически чистого железа


При комнатной температуре:


ЦIII = (max ЦIII=0,29%)

ФQ =

III ─ более 0,17% С не брать.)


Сплав II (доэвтектоидная сталь ─ 0,3% С)

Точки 1 и 2 аналогично сплаву I. При t3 размер и количество фазовых и концентрационных флуктуаций становится критическим и появляется возможность перекристаллизации А в Ф.

Количественное соотношение фаз:


Аy=,

ФZ= .


При охлаждении состав Аустенита изменяется по линии yS, состав Ф по линии zP. Содержание углерода в Аустените возрастает, а его количество уменьшается.

При t4 (727º С) содержание углерода в аустените достигает 0,81% (точка S).

При t4:


Фр =,

Аs = .


Аустенит при этой температуре одновременно насыщен по отношению к ферриту и цементиту, ниже т. 4 из Аустенита в результате эвтектоидного превращения образуется феррито – цементитная смесь:


Аs Фр + Ц ─ эвтектоид,

перлит


т.е. перлита будет столько же, сколько аустенита до превращения – П=АS=35%.

Т.о., структура стали после охлаждения будет: Фр и Перлит (Ф и Ц).


Рисунок 5. Микроструктура доэвтектоидной стали


Сплавы Fe с С содержащие углерод от 0,025 до 0,25% называются ─ малоуглеродистыми.

С = 0,25 0,6% ─ среднеуглеродистые стали;

С = 0,6 0,8% ─ высокоуглеродистые доэвтектоидные.

Подсчитаем количество фазовых составляющих при t5 для сплава с 0,3% С.

т.Q = 0,006% С.

т.L = 6,67% С.

Канода QL ─ 100%:


ФQ = ,

ЦL =.


Структура:


Ф = П =


Перлит чаще имеет пластинчатое строение, т.е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита. Толщина этих пластинок находится в соотношении 7,3:1. После специальной обработки перлит может иметь зернистое строение.

Сплав III (эвтектоидный состав сплава ─ 0,81% С).

Точка 1 ─ равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

Точка 2 ─ количество и размер фазовых и концентрационных флуктуаций увеличивается.

Точка 3 ─ Аустенит насыщен одновременно по отношению к ферриту и цементиту, и ниже этой температуры (t3 =727ºС), Аустенит распадается с образованием эвтектоидной смеси (Ф+Ц):


AS Ф+Ц

перлит


Т.о., сплав III будет иметь одну структурную составляющую ─ Перлит.


Рисунок 6. Микроструктура эвтектоидной стали


Определим при температуре t4 количественное соотношение фазовых составляющих:


ФQ = ,

ЦL =.


Это постоянное соотношение Ф и Ц в перлите, отсюда и соотношение толщин пластинок раза. (Запомнить!)

Сплав IV (1,4% С ─ заэвтектоидный сплав)

При t1 имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

При t2 размер и количество фазовых и концентрационных флуктуаций цементита увеличивается.

При охлаждении до t3 размер фазовых и концентрационных флуктуаций становится критическим и происходит выделение Ц из аустенита.

При t3:


Aq = ,

ЦIIp =.


Состав аустенита при охлаждении меняется по линии qS, а цементит имеет постоянный состав т. К.

Температура t4 ─ соответствует линии эвтектоидного равновесия.

Перед t4:


Аs = .


Данный аустенит, имеющий состав точки S при дальнейшем охлаждении превратится в перлит (7270 С):


AS П (Ф+Ц), т.е. AS = П= 89,9%.


ЦII =.


При t5 количественное соотношение фаз составит:


ФQ = ,

ЦL=.


Рисунок 7. Микроструктура заэвтектоидной стали



3. Построение кривой охлаждения


Рисунок 8. Кривая охлаждения малоуглеродистой стали


1–2 2–3 3–4


4–5 5–6 6–7

Рисунок 9. Схема изменения микроструктуры малоуглеродистой стали в процессе кристаллизации и твердофазных превращений


Литература


  1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.

2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.

3. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.



Случайные файлы

Файл
70981-1.rtf
12637.rtf
105685.rtf
piatnickiy.doc
KURS2.DOC




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.