Строение и свойства компонентов, фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов (125952)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации









КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Строение и свойства компонентов, фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов»













Алчевск 2009


1. Железоуглеродистые сплавы


Железоуглеродистые сплавы ─ стали и чугуны ─ важнейшие металлические сплавы (93% всех конструкционных материалов) максимальное содержание углерода в сплавах – 6,67%

В настоящее время на смену сталям идут другие сплавы: Ti, Al, Ni, Mg-вые и неметаллические материалы.

Стали – это сплавы FeC с содержанием углерода от 0,025 до 2,14%.

Чугун – сплавы FeC с содержанием углерода от 2,14 до 6,67%.

Стали и чугуны ─ многокомпонентные сплавы, но основной элемент это углерод.

Д.К. Чернов дал первое представление о диаграмме FeC.


2. Компоненты железоуглеродистых сплавов


Железо (Fe): №26 (Периодическая система элементов Д.И. Менделеева), атомная масса 55,58

атомный радиус 0,127 нм

Чистое железо (химически чистое) содержит 99,999% Fe. Технически чистое железо содержит 99,8 – 99,9% Fe

О чистоте железа судят по многим факторам (содержание% С, цветных металлов, других примесей). Температура плавления железа 1539º С. Известно три модификации железа: ( Fe, Fe, Fe).

Собственно железо ─ имеет одно кристаллическое строение; ─ высокотемпературная модификация, существует в интервале 1392─1539ºС; низкотемпературная модификация, существует ниже 911ºС; ─ существует в интервале 911 ─ 1392ºС

Устойчивость определенной фазы диктуется более низкой свободной энергией. Fe имеет ОЦК решетку; Fe имеет ОЦК решетку; Fe имеет ГЦК решетку.


Рисунок 1. Связь свободной энергии с типом кристаллической решетки железа


-Fe ─период решетки 2,8606; до температуры 768ºС ─ ферромагнитно (магнитного). Точка перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние называют точкой Кюри (обозначают А2).

Плотность железа: = 7,68 г./см3. Структура и Fe:



-Fe ─парамагнитно. Зерна -Fe имеют ограненные края с наличием двойников:



= 8,0–8,1 г/см3

Точка перехода в -Fe (I полиморфное превращение) обозначается А3=911ºС.

Точка перехода в -Fe (II полиморфное превращение) обозначается А4=1392ºС.


Рисунок 2. Кривая охлаждения чистого железа


В железе существует металлический (межатомный) тип связи. Железо является переходным металлом (не достроенная S – оболочка, достраивается d – оболочка).

Углерод (С) имеет две модификации: графит и алмаз и может быть в аморфном состоянии. Является неметаллическим (точнее полуметаллическим) материалом. Атомный номер N = 6, плотность = 2,5 г/см3, атомная масса 12,011, температура плавления 3500º С, атомный радиус 0,77. Графит ─ имеет слоистую гексагональную решетку. Межатомное расстояние небольшое и составляет 1,4; расстояние между плоскостями 3,4. В слоях действуют сильные ковалентные связи, а между слоями слабые силы Ван дер Ваальса. (В ковалентной связи силы равняются 700 кДж/г-атом. В силах Ван дер Ваальса ─ 49 кДж/г-атом).


Рисунок 3. Силы связи в кристаллической решетке углерода


Графит – мягок, обладает высокой электропроводностью, непрозрачен и имеет металлический блеск. В алмазной модификации – существуют только ковалентные связи. Алмаз – самый твердый материал, по нему сравнивают другие элементы и твердые сплавы (в г. Алмазное производят углеродистую сажу).


3. Фазы в железоуглеродистых сплавах


В системе FeC различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы внедрения, химическое соединения, чистые компоненты (графит).

Твердые растворы:

Феррит (Ф) ─ различают ─ Ф и ─ Ф

Ф ─ твердый раствор внедрения углерода в Fe (высокотемпературном). Предельная растворимость углерода 0,1%.

Ф ─ твердый раствор внедрения углерода в Fe (низкотемпературном). Предельная растворимость углерода 0,025% при температуре 727º С. При комнатной температуре феррит растворяет только 0,006% С.

Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29R (радиуса атома железа), а также в вакансиях, и дислокациях и т.д.


Рисунок 4. Внедрение атома углерода в решетку феррита


Аустенит (А) ─ твердый раствор внедрения углерода в Fe. Предельная растворимость углерода ─ 2,14% при температуре 1147º С. Атом углерода в решетке Fe располагается в центре элементарной ячейки в которой может поместиться сфера радиусом 0,41R. ГЦК решетка может растворить углерода больше, чем ОЦК.


Рисунок 5. Внедрение атома углерода в решетку аустенита


Механические свойства.

Феррит:

=250 н/мм2 (МПа)

= 120 н/мм2 (МПа)

=50%, = 80%

НВ 80–90

Аустенит: обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности.

Пояснения к определению механических свойств.



Данный вопрос рассматривался по дисциплине сопротивление материалов:

Предел прочности:


=Pмах/F0 (Н/мм2)


Предел текучести:


= Pt/F0 (Н/мм2)


F0 ─ начальная площадь сечения образца (берут F0, т. к. в течении опыта в процессе деформации сечения изменяется).

Относительное удлинение:


=


Относительное сужение:


 =


Твердость (НВ, HRC, HV)─ сопротивление металла небольшим пластическим деформациям.


Рисунок 6. Кристаллическая решетка цементита



Цементит (Ц) ─ химическое соединение железа с углеродом ─ карбид железа Fe3C. В цементите содержится 6,67% С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов (рис. 6). Температура плавления цементита ─ 1250º С. Магнитные свойства цементит теряет при 217ºС. Имеет высокую твердость: > 800НВ, но очень низкую, нулевую пластичность. Цементит ─ соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.


4. Структурные составляющие в железоуглеродистых сплавах


Перлит (П) ─ механическая смесь двух фаз, образующихся из аустенита содержащего 0,81% С ниже температуры 727 ºС в результате эвтектоидного превращения:


А0,81 % С Ф0,025 % С + Ц6,67 % С

Перлит (эвтектоид)


Перлит (на поверхности полированного и протравленного микрошлифа) имеет перламутровый цвет, переливается всеми цветами. Перлит содержит 0,81% С. Структура перлита состоит из чередующихся пластинок Ц и Ф.


Рисунок 7. Микроструктура перлита


Специальной обработкой (термической) может быть получен зернистый перлит. Перлит встречается в сталях и чугунах.

Ледебурит ─ механическая смесь двух фаз: аустенита и цементита, образующихся в результате эвтектического превращения жидкой фазы содержащей 4,32% С при 1147º С:


Ж4,32 % СА2,14 % С + Ц(Fe3C)6.37 % С

Ледебурит (эвтектика)


Рисунок 8. Микроструктура ледебурита (сразу после эвтектического превращения)


Ниже 727º С аустенит входящий в ледебурит испытывает эвтектоидное превращение, т.е. превращается в перлит.

Таким образом, в интервале температур:

1147º С – 727º С ─ Л (А+Ц);

727º С – tкомн º С ─ Л (П+Ц).

Ледебурит назван в честь немецкого ученного ─ Ледебура.




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
22932.rtf
8479.rtf
141772.rtf
139335.rtf
rrr.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.