Железо углерод график: Страница не найдена — HeatTreatment.ru — оборудование и технологии термообработки металлов

alexxlab | 29.04.1985 | 0 | Разное

Содержание

Диаграмма железо-углерод [гид для чайников] | Инженерные знания

Мы уже начинали рассматривать диаграммы состояния в этой публикации и там разобрали основные понятия, которые важно осмыслить, прежде, чем вникать в тему более глубоко. Но тут меня попросили разобрать диаграмму состояния железо-углерод (её ещё частенько называют железо-цементит). Ну что же, запасаемся попкорном и пытаемся вместе разобраться в этом крокодиле…

Диаграмма состояния железо-углерод, в том или ином количестве, встречается всем инженерам. Изучают её на курсе материаловедения, а прослушивают этот курс все технари. В большинстве случаев, изучение этой темы превращается в кошмар. Особенно, когда тебя просят нарисовать этот кошмар по памяти на листочке. Но главный вопрос – почему именно эта диаграмма? Ответ простой. На диаграмме железо-углерод есть большая часть сложных моментов, которые вообще встречаются на диаграммах состояния. От того, поняв её мы разберемся и со всеми основами чтения диаграмм. Кроме всего этого, сплавы железа всё ещё продолжают заниматься лидирующее положение среди конструкционных материалов. Поэтому, вперёд друзья.

Как мы помним, диаграмма состояния – это график фазовых состояний в зависимости от концентрации каждого химического элемента и температуры.

Значит, диаграмма железо-углерод – это отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химсостава и температуры.

Это нужно для того, чтобы мы, зная химический состав стали и температуру системы, могли понять, какой фазовый состав будем иметь. Знания эти необходимы для того, чтобы выбрать правильный режим термической обработки или подобрать вариант механической обработки (ведь зная фазовый состав мы уже примерно представляем свойства).

Вот, собственно, и всё, что нужно знать про диаграмму :)…Теперь остается научиться её читать. И с этим есть масса сложностей.

Вот диаграмма железо-углерод на рисунке ниже. И что это? А мы не понимаем, что это :)! Давайте разбираться, ибо сейчас оно выглядит скорее как клетчатый листочек с нарисованным динозавром.

По оси ординат у нас обозначены температуры системы. По оси абцисс – химические составы.

Максимальная температура системы ограничивается температурами плавления компонентов. Выше идёт только жидкость. Но про фазы чуть позднее.

Слева у нас феррит. Справа – углерод. Количество углерода растёт слева направо.

Обратите внимание и на нижнюю шкалу, где отложен Fe3C.

Это цементит. Его количество также увеличивается слева направо. Цементит – это карбид железа или химическое соединение железа с углеродом. Но есть подлянка, куда же без неё :)…Максимальное количество углерода в этой системе у нас 6,67%. А вот цементита будет 100%. Процентное содержание цементита не соответствует проценту углерода.

Это появилось из-за того, что в системе железо-углерод в целом возможно максимальное содержание углерода 6,67% на физическом уровне.

И вот тут внимание! Чистое железо (альфа-железо) у нас на диаграмме есть только в крайней левой точке. Этот вопрос любят задавать на защитах. Всё что дальше вправо – это феррит. А феррит, как мы помним, это твёрдый раствор углерода в альфа железе. Или, сплав железа с углеродом.

На диаграмме мы видим и сталь, и чугун. Их отличие в том, что сталь – это содержание углерода в сплаве с железом от 0,02 до 2,14%. Чугун – тот же сплав железа с углеродом, но с содержанием от 2,14% углерода.

Фазы на диаграмме

Само собой, из диаграммы состояния можно узнать фазовый состав. Или на кой чёрт она бы ещё сдалась 🙂 Тут мы видим следующие фазы.

  • Жидкая фаза – это коктейль, который получается, если всё расплавить. Обращаем внимание, что при разных химических составах мы имеем разные температуры плавления.
  • Феррит – уже обсудили, что это твердый раствор внедрения углерода в альфа железо.
  • Аустенит – это твёрдый раствор внедрения углерода в гамма железо.
  • Цементит – тоже уже обсудили. Химическое соединение железа с углеродом. Максимальная концентрация углерода в цементите 6,67% по массе и это предельная для железоуглеродистых сплавов концентрация.
  • Графит – это фаза состоящая только из углерода со слоистой гексагональной решёткой. Он выделяется в системе железо-углерод при определенных условиях.

Сразу отмечу, что на этом фазы заканчиваются. Преподы любят заваливать на подобных вопросах. Фаз на диаграмме у нас больше нет, зато есть кое-что ещё. Об этом далее.

Наверняка возникает вопрос что это за альфа-железо и за гамма-железо. Это так называемый полиморфизм. Химический состав один, а вид кристаллической решетки разный.

На самой же диаграмме есть ещё всякие буковки. И если буквы А (аустенит), Ж (жидкость), Ц (цементит), то всё ясно. Но ещё есть буквы Л и П. Что это такое?

Структуры на диаграмме

Л – это ледебурит. Так называется особенная структура, характерная преимущественно для чугунов. Представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. Её же можно назвать механической смесью.

П – это перлит. Ещё одна структура, которая представлена эвтектоидной смесью из тонких пластинок феррита и цементита.

Новые слова для нас эвтектическая и эветктоидная. Эвтектическая в данном случае означает образование гетерогенной структуры сплава. Эвтектоидная – по сути тоже самое, только образуется изначально не из жидких фаз, а из твердых.

Эветктика же, это точка, в которой находятся в термодинамическом равновесии n – твёрдых фаз и жидкая фаза. Жидкая эвтектика кристаллизуется при температуре более низкой, чем температура кристаллизации каждого из веществ, входящих в состав смеси. Температура плавления твёрдой эвтектики — самая низкая для данной смеси компонентов.

Что происходит на диаграмме железо-углерод

Теперь самое веселое. Вроде бы всё, что вокруг на диаграмме есть, мы проанализировали. Остается понять что во что и когда превращается 🙂

Ну, мы уже поняли, что отправная точка – это температура. Греем систему из железа и углерода и видим изменения.

На диаграмме мы видим многочисленные линии ликвидуса и солидуса. Это линии, по которым идёт плавление и кристаллизация соответственно.

Удобно пользоваться следующей картинкой. Здесь расставлены все фазы и структуры.

Если путешествовать по линиям, то видим протекающие процессы.

Всё, что выше линий ABCD – жидкая фаза. Значит это линия ликвидус. Выше неё только жидкая фаза. Дальше работаем по правилу фаз Гиббса. Линию солидус найти сложнее. Ниже неё только твердая фаза. Тут солидусов несколько.

Не знаю, стоит ли досконально разбирать каждую линию. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях и я дополню материалы.

Сейчас же попробую обобщить всё одной фразой. Читаем внимательно. Диаграмма состояния железо-углерод, с размеченными областями, как показано на рисунке выше, указывает нам фазовые и структурные состояния, которые мы имеем в системе при данных параметрах (температура и химсостав). Линии указывают начало или конец процесса кристаллизации или плавления. Всё! Другого секрета тут нет.

Как пользоваться диаграммой железо-углерод

Часто преподы гасят студентов вопросами про использование диаграммы состояния. Ученик не понимает, как диаграммой пользоваться и зачем её вообще нужно изучать. Рассмотрим типичную задачу.

Нужно нам изучить состояния сплава, содержащего 0,4% углерода в своем составе. Имеем дело с обычной сталью.

Поднимаем перпендикуляр из точки, соответствующей количеству углерода в 0,4%.

Видим, что система, в диапазоне от 0 до 700 градусов, представляет собой твердую смесь перлита и цементита. В точке 4 происходит переход и в диапазоне от 700 до 800 градусов и мы попадаем в зону аустенита и феррита.

В диапазоне от 800 до 1450 градусов сплав имеет состав аустенита, а переход состоялся в точке 3.

В диапазоне от 1450 до 1520 градусов рассматриваемый сплав начинает постепенно плавиться и представлен аустенитом и жидким раствором. Переход происходил в точке 2.

Ну и всё что выше – это уже жидкость, где произошла гомогенизация. Вот такие данные можно выцепить.

Часто возникают вопросы, что именно происходит в точках перехода (которые у нас отмечены 1,2,3 и 4). Там мы имеем адский коктейль. Нестабильную смесь. Например, в точке 4 будет месиво из феррита, перлита и аустенита. Пропорции тут можно определить только лабораторным испытанием.

Ещё может появиться вопрос, а что у нас, например, на отрезке 2 – 3. Тут ответ очевиден – там 100% аустенита. Т.е. 0,4% углерода внедрились в структуру гамма железа и застыли.

Сложнее ситуация на отрезках, типа 0 – 4. Там у нас феррит + перлит. Но чего сколько? Ответ кроется в понимании характерных точек. Перлит у нас в точке S. Значит, просто смотрим насколько далеко точка 4 от точки S.

Характерные точки на диаграмме железо-углерод

В системе железо-углерод происходит невероятное количество превращений. Несколько мы уже обсудили. Но систематизируем все знания.

В точка N и G – мы наблюдаем полиморфное превращение. Происходит смена типа кристаллической решетки. Сначала с альфа-железа на гамма-железо, потом наоборот.

Точка C – это эвтектическое превращение со структурой ледебурит. Вопрос эвтектики мы описали чуть выше.

Точка S – это эвтектоидное превращение, имеем в структуре чистый перлит и запоминаем циферку 0,8% углерода.

Точка H – это перитектическое превращение. Взаимодействие кристаллов твердого раствора с жидкостью, происходящий при постоянной температуре и постоянной концентрации фаз, приводящее к образованию кристаллов другого твердого раствора.

—————-

Итак, я постарался изложить основные моменты, которые могут помочь вам в освоении сложного материала. Считать статью исчерпывающей не стоит, поскольку очень многое осталось в тени. Я исходил из того, что чаще всего спрашивают при обучении и из того, где чаще всего есть пробелы в понимании. Если вопросы остались – задавайте ;)!

Краткие теоретические сведения. Диаграммы состояния в общем виде представляют собой график в координа­тах состав сплава — температура

Диаграммы состояния в общем виде представляют собой график в координа­тах состав сплава – температура, на котором отражены продукты, образующиеся в результате взаимодействия компонентов сплава друг с другом в условиях термодинамического равновесия при различ­ных температурах. Этими продуктами являются вещества, имеющие в зависимости от температуры и состава определенное агрегатное состояние и специфический характер строения.

Диаграмма состояния разделена линиями на области. Отдель­ные области могут состоять только из одной фазы, а некоторые – из двух, имеющих разные составы, строение и свойства. Анализи­руя диаграмму состояния, можно составить представление о специ­фике свойств сплавов данной системы компонентов и характере их изменения в зависимости от состава, а также о возможности терми­ческой обработки сплавов и температуре нагрева для ее проведения. В диаграммах состояния содержится информация, необходимая для создания и обработки сплавов различного назначения.

В общем случае диаграмма состояния железо-углерод, структурная схема которой представлена на рисунок 1, отражает продукты, образующиеся в сплавах при изменении концентрации углерода от 0 до 100%.

Рисунок 1 – Структурная схема диаграммы железо-углерод

В основе всех превращений лежат следующие явления:

1) Наличие у железа нескольких вариантов кристаллической решетки (аллотропические модификации). Для чистого железа существуют диапазоны температур, где железо находится в разных модификациях Feα и Feγ. Изменение типа решетки приводит к существенному изменению физических свойств.

2) Различная растворимость углерода в кристаллической решетке железа в зависимости от типа решетки и температуры.

3) Образование химического соединения с собственной кристаллической решеткой. Это соединение нерастворимо в железе и практически не растворяет углерод.

Наибольший практический интерес представляет та часть диаграммы, где железоуглеродистые сплавы представлены сталями и чугунами. Это диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fe3C), которая является частью диаграммы железо-углерод до концентрации углерода 6,67%.

В зависимости от температуры и концентрации углеродажелезоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие:

Феррит(Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α -железе. Растворимость углерода в α -железе при ком­натной температуре до 0,005%; наибольшая раствори­мость – 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ = 80…100) и прочность (σВ = 250 МПа), но высокую пластичность (δ = 50%; ψ = 80%), где σВ – пре­дел прочности; δ – относительное удлинение; ψ – отно­сительное сужение.

Аустенит(А) – твердый раствор внедрения углеро­да в кристаллической решетке γ-железа. Тип решетки – гранецентрическая. В железоуглеродистых сплавах он может су­ществовать только при высоких температурах. Предель­ная растворимость углерода в γ-железе – 2,14% при температуре 1147 °С и 0,8 % – при 727 °С. При падении температуры ниже 727 °С А распадается и переходит в П. Аустенит имеет твер­дость НВ = 160…200 и весьма пластичен (δ = 40…50 %). Особенность: с понижением температуры устойчивость А обеспечивается во все более суживающемся диапазоне растворимости углерода.

Цементит(Ц) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3С). В цементите содержит­ся 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ ~ 800), хрупок и прак­тически не обладает пластичностью.

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.

Графит– это свободный углерод, мягок (НВ = 3) и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в виде включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.

Перлит (П)– эвтектоидная механическая смесь феррита и цемен­тита, содержащая 0,8 % углерода. Образуется в результате перераспределения углерода в аустените при температуре ниже 727 °С. Перлит может быть пла­стинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности σВ ~ 800 МПа; относительное уд­линение δ = 15%; твердость НВ = 160.

Ледебурит аустенитныйА) – эвтектическая механическая смесь аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит ЛА обра­зуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ = 600…700 и большую хрупкость.

Ледебурит перлитныйП) – эвтектическая механическая смесь перлита и цементита. Образуется из ледебурита аустенитного ЛА при температуре ниже 727 °С в результате распада аустенита.

Помимо перечисленных структурных составляющих, в железоуглеродистых сплавах могут быть нежелательные неметаллические включения:окислы, нитриды, сульфиды, фосфиды – соединения с кислородом, азотом, серой и фосфором.

По равновесной структуре стали в зависимости от содержания углерода подраз­деляют на техническое железо (С ≤ 0,02 %), доэвтектоидные (0,02 < С < 0,8 %), эвтектоидные (С = 0,8 %) и заэвтектоидные стали (0,8 < С ≤ 2,14 %).

В структуре технического железа присутствуют феррит и третичный цемен­тит, выделяющийся при охлаждении сплава ниже 727 °С из феррита.

Структура доэвтектоидной стали состоит из феррита и перлита. Перлит содержит 0,8 % углерода. По относитель­ному количеству перлита можно судить о содержании углерода в сплаве. Для этого достаточно перемножить долю видимой на микрошлифе площади, занятой перлитом, на 0,8.

Эвтектоидная сталь содержит 0,8 % углерода. Структура ее полностью со­стоит из перлита.

В структуре заэвтектоидной стали содержатся перлит и вторичный цементит, выделяющийся при охлаждении сплава в интервале температур

1147 … 727 °С из аустенита в соответствии с линией предельной растворимости SЕ диаграммы Fе-Fе3С.

Чугуны в системе Fе-Fе3С называют белыми. Эти сплавы содержат углерод исключительно в химически связанном состоянии в виде Fе3С.

Кристаллизация белых чугунов завершается эвтектическим превращением при температуре ниже 1147 °С (линия ЕСF диаграммы Fе-Fе3С) с образованием эвтектики, называемой ледебуритом и представляющей собой механическую смесь аустенита и цементита. При охлаждении ниже 727 °С аустенит претерпева­ет эвтектоидное превращение и ледебурит становится смесью перлита и цементита.

По равновесной структуре белые чугуны подразделяют на доэвтектичекие, эвтектические и заэвтектические.

Содержание углерода в доэвтектическом чугуне может находиться в преде­лах

2,14 … 4,3 %. Структура его состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита.

Эвтектический чугун содержит 4,3 % углерода. Структура его состоит пол­ностью из ледебурита.

В заэвтектическом чугуне содержится более 4,3 % углерода (до 6,67 %). Его структура состоит из первичного цементита, выделившегося из жидкости, и леде­бурита.

Особенность белого чугуна: высокое содержание в белом чугуне цементита обеспечивает ему высокую твердость, прочность и хрупкость, поэтому в технике он практически не применяется.

Задачи по диаграммам состояния железо – углерод

1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,1% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,2% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

3. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,25% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

4. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,3% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

5. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,33% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

6. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,35% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

7. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,4% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

8. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,5% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

9. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 0,8% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

10. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1,2% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

11. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

12. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 4% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

13. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 2,3% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

14. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 2,3% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

15. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 0,2% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

16. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 0,35% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

17. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 0,45% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

18. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 5% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

19. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 3,7% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

20. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагрева для сплава, содержащего 3,43% углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Диаграммы кремний углерод – Справочник химика 21


    Представление о формировании структуры и фазовых превращениях, протекающих в чугуне при охлаждении и нагревании можно составить ио диаграмме состояния системы железо — цементит и железо — графит (см. рис. 1), а также по диаграмме состояния системы железо — углерод — кремний (рнс. 52). [c.120]

    В качестве примера можно привести диаграммы состояния кремния и углерода. Согласно диаграмме состояния кремния (рис. 2) [7] выращивание монокристаллов возможно при нормальном давлении (на рисунке эта область заштрихована). А монокристаллы алмаза, например, могут быть синтезированы при температуре 1500 1600 °С 

[c.9]

    Представление о фазовых превращениях, протекающих в чугуне при охлаждении и нагревании в идеальных равновесных условиях, и о формировании структуры чугуна можно составить по двойной диаграмме состояния системы железо — цементит и железо — графит (см. рис. 1), а также по диаграмме состояния тройной системы железо — углерод — кремний (рис. 51). [c.142]

    Область интересующих нас препаратов отмечена штриховкой на диаграмме тройной системы бор—углерод—кремний (см. рисунок). Как видно из этой диаграммы, вблизи ее основания, параллельно стороне углерод—бор, на расстоянии, соответствующем содержанию кремния порядка 2—39о, находится область существования препаратов, в которых кремний является небольшой добавкой к карбиду бора. Эта область представляет интерес при исследовании зависимости свойств карбида бора от присутствия небольших примесей кремния. К вершине треугольника, соответствующей 

[c.179]

    Кремний улучшает литейные свойства чугуна и способствует распаду цементита. На фиг. 123 показана диаграмма зависимости структуры чугуна от содержания в нем углерода и кремния. [c.354]

    Диаграммы типа а получаются при добавках к железу марганца, кобальта, никеля, платиновых металлов тип б получается при добавках меди, золота, цинка, углерода, азота тип в — при добавках бериллия, алюминия, кремния, титана, олова, фосфора, мышьяка, ванадия, сурьмы, хрома, молибдена, вольфрама тип г — при добавках бора, церия, циркония, ниобия,тантала. [c.249]

    Анализ диаграмм состояния бинарных сплавов кремния показывает, что одним из наиболее подходящих присадочных элементов для выращивания усов Si по механизму ПЖТ является железо. Карбид железа имеет температуру плавления [4] меньшую, чем обычные температуры процесса роста усов Si , поэтому при любых содержаниях углерода в газовой фазе и в капле при температурах выше 1528° С капля будет жидкой [4]. Если соотношение концентраций кремния и углерода в газовой фазе будет таким, что в капле, равновесной для данного состава газовой фазы, будет содержаться от О до 34 ат.% Si, кристаллизация Si сможет идти в температурном интервале 1528—1200 ” С. Здесь не учитывается снижение температуры плавления капли за счет растворения в железе углерода, поэтому действительные температуры кристаллизации могут быть ниже. Повышение содержания кремния сверх 34% способствует увеличению температуры плавления. При составах газовой фазы, отвечающих составу капли 50% Si -f 50% Fe, кристаллизация Si возможна только при температурах выше температуры плавле- 

[c.68]


    Основными элементами, влияющими на степень графитизации чугуна, являются углерод и кремний. Влияние содержания углерода и кремния на структуру чугуна характеризуется диаграммой, представленной на фиг. 116. Литейные чугуны расположены во //. Пб и /// областях диаграммы. / и Па области [c.277]

    В ряде исследований вопрос о молекулярном состоянии растворенных элементов пытались разрешить на основе термодинамического анализа линий диаграмм состояния. В частности, этот прием был неоднократно использован для сплавов железа с углеродом и кремнием [43]. [c.363]

    Значительную разницу в температурах плавления этих элементов дают эвтектические диаграммы состояния с эвтектиками, лежащими почти на сторонах олова и свинца. С углеродом германий не реагирует. В ставах со свинцом германий занимает промежуточное положение между свойствами соединений кремния и олова со свинцом. 

[c.125]

    Зависимость содержания углерода и кремния (С + 51) от толщины стенок отливки и от структуры металла при отливке в земляные формы может быть определена по диаграмме (рис. 2). [c.458]

    В металлохимии углерода важно его взаимодействие с железом и образование металлоподобных карбидов. На диаграммах состояния углерода с переходными металлами, как правило, имеется единственный тугоплавкий монокарбид металла, как на рис. 41. Для кремния металлоиодобные силициды менее характерны и они не отличаются такими экстремальными свойствами, как металлоподобные карбиды. На диаграммах состояния для кремния с переходными металлами существует множество силицидных фаз (рис. 42). Обращает на себя внимание инконгруэнтное плавление моносилицида титана, а наиболее тугоплавким силицилом является Т1531з. Вообще кремний с переходными металлами образует много силицидов различных составов. Все они, как правило, образованы не по правилам валентности, т. е. являются истинными металлидами. Ниже приводим число силицидов, фиксируемых на диаграммах состояния кремний — переходный металл 81—2г 7, 81—N1 6, 81—Та 4, 81—Мп 4 81—Ре 4, 81—ТН 4, 81—V 3, 81—Р1 3, 81—Мо 3 и т. д. [c.212]

    Углеводороды и некоторые силиконы содержат углерод-уг-леродные связи (энергия связи 85). Теоретически связь кремний— углерод должна первой расщепляться при термических условиях связь кремний— кислород должна быть наиболее стабильной. При расчете по уравнению Аррениуса и диаграммам энергий связей константа скорости разложения для связи кремний — углерод при 537,8° С составляет примерно 10″ моль сек. По мнению Милса и Льюиса , этот расчет показывает, что температура 537,8° С, возможно, является верхним пределом термической стабильности силиконовых полимеров. Эксперименты в Доу Корнинг с циклическими силоксанами подтвердили этот расчет и показали, что расщепление связи кремний — углерод происходит при температурах 483—538° С. Скала с сотрудниками нашел, что некоторое термическое расщепление связи кремний — углерод в силиконах с высоким соотношением фенильных и метильных групп происходит при 399°С. [c.205]

    Из диаграммы следует, что углерод при достаточно высокой температуре может восстанавливать оксид почти любого металла. Графические диаг1раммы можно использовать для расчета относительной устойчивости различных оксидов в контакте с металлом. Чем более отрицательна свободная энергия, тем устойчивее оксид. Из диаграммы следует, что Т1тв будет восстанавливать 8102 при температуре 1000 °С, а СггОз пе будет. Такое сравнение возможно потому, что все кривые построены из расчета реакций на 1 моль кислорода. Например, для реакции титана с оксидом кремния нри температуре [c.85]

    С помощью РЭ-спектров точно устанавливаются энергии НМО внутренних электронов, следовательно, определяется порядок заселения этих орбиталей, имеющих очень важное значение при правильном построении энергетических диаграмм молекул. Кроме того, РЭ-спектроскопия, как и рентгеновская спектроскопия, дает возможность исследовать степень ионности ковалентной связи. Образование химической связи между неодинаковыми атомами приводит к асимметрии результирующего электронного облака, которая изменяет эффективные заряды атомных остовов, в результате чего происходит сдвиг энергий АО. Только в методе РЭ-спектро-скопип энергетические сдвиги внутренних АО изучаются по Ь кин, испускаемых исследуемым веществом электронов. В табл. 16 приведены сдвиги энергий АО для кремния, алюминия, углерода и фосфора в некоторых твердых соединениях этих элементов по данным РЭ-спектроскопии. Положительные сдвиги соответствуют возникновению положительного эффективного заряда на атомах элемента, а сдвиги с отрицательным знаком (в сторону уменьшения энергии) свидетельствуют возникновению отрицательного эффективного заряда. [c.185]


    Влияние отдельных элементов на состояние системы железо — углерод можно проследить иа примере влияния кремния, как третьего компонента сплава. Из диаграммы (рис 52) следует, что кремний уменьшает растворимость углерода в жидком и твердом растворах сдвигает линии диаграммы влево (1% снижает содержание углерода в эвтектике иа 0,3%), т. е. изменяет степень эвтектичности. Изменение эвтектичности чугуиа при изменении содержания углерода и кремния можно определить по формуле [c.121]

    В диаграмме И. Г. Гиршовича показана зависимость между содержанием углерода, кремния, приведенной толщиной отливки и степенью эвтектичности (рис. 53). [c.123]

    При содержании от 0,5 до 1,5% кремний увеличивает верхнюю критическую скорость отбеливания чугуна, т. е, уменьшает его отбеливаемость. Под влиянием кремния предел растворимости углерода в аустените и положение эвтектической точки на диаграмме Ре—С—51 смещаются влево, причем строение карбидной эвтектической составляющей становится более тонким. Это связано с увеличением объемов жидкой фазы, остающейся к моменту эвтектического превращения. [c.53]

    Восстановление галогенидов. Диаграмму Эллингхэма можно построить также для сульфидов и галогенидов. Для систем галогенидов такой график представлен на рис. 3.13. Магний и кальций и для этих систем оказываются эффективными восстановителями, в то время как углерод для этой цели практически непригоден. Поскольку прн построении графика не учитывалась возможность протекания других реакций, то с элементами, легко образующими окснды и нитриды, процесс необходимо вести в условиях отсутствия воздуха. Так, восстановление хлорида титана магнием проводят в токе аргона, а восстановление тетрахлорида кремния цинком — в системе, исключающей контакт с воздухом. [c.144]

    В сплавах — фаза, представляющая собой нреим. низкотемпературный твердый раствор. В сплавах на основе мономорфных хим. элементов (нанр., в сплаве медь — цинк) А.-ф. образуется из расплава. В сплавах на основе полиморфных хим. элементов (напр., в сплаве марганец — кремний) А.-ф. образуется преим. при понижении т-ры из бета-фазы (рис.), за исключением сплавов на основе железа, где образуется из гамма-фазы (см. Диаграмма состояния железо — углерод). Концентрационный интервал существования А.-ф. зависит гл. обр. от электронной структуры, тина кристаллической решетки, атомного диаметра, валентности и т-ры плавления исходных компонентов. Если компоненты обладают близкими физико-хим. св-вами и имеют идентичную кристаллическую структуру. [c.53]

    ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ — сплавы железа с углеродом. Различают Ж. с. чистые (со следами примесей), используемые для исследовательских целей и особо важных изделий, и Ж. с. технические — стали (до 2% С) и чугуны (более 2% С). Технические Ж. с. содержат, кроме железа и углерода, постоянные примеси (марганец, кремний, серу, фосфор, кислород, азот, водород), вносимые из исходных шихтовых материалов, и примеси (медь, мышьяк и др.), обусловленные особенностями произ-ва. Фазовые состояния Ж. с. при разных хим. составах и т-рах описываются диаграммами стабильного и метаста-бильного равновесия (см. Диаграмма состояния железо — углерод). Полиморфные превращения (см. Полиморфизм) таких сплавов связаны с перестройками гранецентрированной кубической решетки гамма-железа и объемноцентрированной решетки альфа- и дельта-железа. Стали подразделяют на доэвтектоидные (менее 0,8% С) с ферритоперлитной структурой (см. Феррит, Перлит в металловедении) в равновесном состоянии, эвтектоидиые (около 0,8% С) с перлитной структурой и заэвтектоидные (свыше 0,8% С), структура к-рых состоит из перлита и вторичного цементита. Доэвтектоидные стали применяют гл. обр. для изготовления деталей машин, агрегатов и конструкций (см. Конструкционная сталь), эвтектоидиые и заэвтектоидные стали — для изготовления режущего, штампового и измерительного инструмента (см. Инструментальная сталь). Приме- [c.444]

    КАНАТНАЯ СТАЛЬ — сталь, отличающаяся способностью приобретать высокую прочность и сохранять пластичность в результате интенсивного пластического деформирования. Обжатие ее достигает 70—80%. Применяется с 60-х гг. 19 в. Для свивки канатов используется в виде холоднотянутой проволоки, изготовляемой волочением заготовки после патен-тирования. Относится к углеродистой стали с ограниченным содержанием примесей, повышающих стойкость переохлажденного аустенита. Кроме углерода (0,5—0,8%, реже 0,35—0,95%), К. с. содержит марганец (0,5—0,8%), кремний (0,17— 0,37%), серу и фосфор (не более 0,030% каждого). Уменьшение содержания серы и фосфора (до 0,015% каждого) в три—нять раз повышает технический ресурс канатов. Различают К. с. обыкновенного качества (класс ОК), качественную (класс КК) и высококачественную (класс ВК), в к-рых содержание нежелательных никеля, хрома и меди составляет соответственно до 0,15—0,20, до 0,12-0,15 и до 0,10-0,12%. В качестве К. с. обычно используют мартеновскую сталь (марок 50, 60 и 70), раскисленную алюминием или титаном и цирконием. Поскольку эти раскислители образуют тугоплавкие соединения, понижающие пластичность холоднотянутой проволоки, предпочтительнее раскисление ферросилицием и ферромарганцем, которые уменьшают загрязненность неметаллическими включениями И обеспечивают более однородное аустенитное зерно горячекатаной заготовки. К. с. выплавляют преим. в основных мартеновских или электр. печах, гл. обр. скраи-рудным процессом, чтобы меньше загрязнить металл хромом, никелем, медью, свинцом, сурьмой, молибденом, азотом и др. нежелательными элементами. Ограничение содержания легирующих элементов и примесей вызвано стремлением обеспечить полное завершение изотермического распада переохлажденного аустенита (см. Диаграмма изотермическая) за короткое время. [c.537]

    Впервые силициды ванадия были получены в 1902 г. Муасса-ном и Холлом при восстановлении УгОз и УаОв углеродом в присутствии кремния. В настоящее время диаграмма состояния V — 51 изучена довольно подробно, причем установлено образование нескольких фаз 381, 812 и 5812. [c.114]

    Диаграммы состояния Аи—Н , Ag—Нд, Р1—Нд и Зп—Нд имеют характерные переходные точки, соответствующие разложению химических соединений, образующихся прн амальгамировании в различных температурных условиях. С этими соединениями ртуть образует ряд металлических соединений Стали, легированные углеродом, кремнием, хромом, никелем, молибденом и ниобнем, не амальгамируются. [c.147]

    В диаграмме Н. Г. Гир-шовича показана зависимость между содержанием углерода, кремния, приведенной толщиной отливки и степенью эвтектичности (рис. 52). По оси ординат показано количество углерода, по оси абсцисс — 81 + lg й, где В — приведенная толщина отливки, определяемая отношением площади сечения отливки к периметру этого сечения, в мм. Согласно этой диаграмме получение чугуна нужной структуры основной (металлической) массы определяется следующими условиями [47] область I — белый чугун С (31 -Ь / ) [c.146]

    Подбор химического состава чугуна производят по диаграмме Какурина (рис. 54), по которой в зависимости от толщины стенок отливки и желаемой структуры определяют сумму углерод плюс кремний []5]. [c.187]

    На рис. 105 приведена диаграмма состояния системы Si — С изученной под давлением аргона в 100 атм. Согласно рис. 105 карбид кремния образуется по перитектической реакции между расплавом, обогащенным кремнием, и углеродом. При обычных условиях атмосферного давления карбид кремния не плавится, а возгоняется. Температура начала возгонки около 2000, однако интенсивная сублимация наблюдается выше 2500° С. [c.226]

    Распространенности следующих за гелием трех элементов — лития, бериллия н бора — энергетические условия Вселоппой не благоприятствуют. По-видимому, эти ядра ие выдерживают высоких звездных температур они или разваливаются, или вступают в термоядерные реакции с протонами. Зато, начиная с шестого элемента —углерода— и по четырнадцатый —кремний (исключая фтор), на диаграмме расиространенностн вновь возникают пики той или иной высоты. Среди них возвышаются пики кислорода II неона, делящие по космическому обилию третье и четвертое моста. [c.105]

    Хром применяется в жаростойких сплавах в количестве 2—357о- Из диаграммы состояния системы железо — хром ясно, что мартенситные стали содержат 2—147о Сг, а ферритные 14—357о Сг. Однако эти границы могут сдвигаться из-за присутствия других элементов. Например, элементы, способствующие устойчивости аустенита (углерод, азот, марганец и никель), расширяют область мартенситных сталей в сторону большего содержания хрома, в то время как кремний, вольфрам, молибден, титан, ниобий и алюминий сужают ее, снижая верхний предел содержания хрома. [c.669]

    Фазовая диаграмма. На рис. 32 изображена фазовая диаграмма системы уран—кремний. Она показывает наличие пяти соединений, которым первоначально приписывали состав 05813, СЗ , 02813, 1181, и 1]81з. Кроме того, обнаружено шестое соединение, получающееся в результате перитек-тоидной реакции между свободным от углерода -ураном и иг 81з при 940 это соединение способно к существованию при содержании 4 — 28% (атомн.) кремния, и оно идентифицировано как ию81з [54]. Таким образом, в системе уран—кремний считалось всего лишь шесть соединений три эвтектоидных и три перитектоидных. Недавно, однако, проведено рентгенографическое исследование системы уран—кремний [55] и установлено, что некоторые из первоначальных формул являются ошибочными. [c.187]


Характеристика линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс линий и точек, температура, % углерода). Свойства металлов. Технология азотирования стали. Автомобильный бензин

Похожие главы из других работ:

Анализ диаграммы состояния системы железо-цементит

1. Анализ диаграммы состояния системы железо-цементит и сплава с содержанием углерода 0,4%

Герметичный электронасос

3.2.3 Построение линий тока

Линии тока образуются пересечением поверхностей тока меридианной плоскостью. Расчетные линии тока удобно проводить таким образом, чтобы они делили меридианное сечение колеса на участки, по которым протекал одинаковый расход жидкости…

Машина формовочная прессовая

1.7 Нахождение промежуточных точек индикаторной диаграммы

При построении индикаторной диаграммы промежуточные точки на участке прессования могут быть найдены аналитически. Промежуточные точки n1, n2, n3 диаграммы определяют характер кривой линии на участке 2А – 3…

Модернизация выталкивателя заготовок нагревательной печи стана

2.2.4.4 Расчет сливных линий

Сливная линия 9-10, 11-16 0,9, МПа, 38,2 ,л/мин (6,36 10-4, м3/с). По рекомендациям = 2, м/с, , м (20 мм). По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 22х1, у которой внутренний диаметр: , мм. Проверяем условие : , мм 1 мм > 0,1 мм, условие выполняется. Сливная линия 16-12, 13-14 0,9, МПа, 62,6…

Модернизация системы автоматизации измерения количества и показателей качества нефти нефтегазодобывающего управления “Туймазынефть”

1.4 Блок измерительных линий

Конструктивно БИЛ состоит из двух блоков БИЛ1 и БИЛ2. В состав БИЛ1 входят две рабочие линии, в состав БИЛ2 сходят одна резервная измерительная линия и одна контрольная линия, которая может быть использована в качестве резервной…

Обслуживание транспортно-технологических машин

2.1 Расчет количества постов, линий ТО и Р

Количество постов для проведения ТО-1: где: – коэффициент неравномерности загрузки постов, ; – число рабочих дней в году; – продолжительность смены, ч; – число смен; – среднее число рабочих на посту…

Организация поточной линии предприятия

6. График поточных линий

Работа на не синхронизированной поточной линии ведется на каждой операции экономически целесообразными оборотными партиями. Период, в течение которого оборотная партия (nоб) повторяется на каждом рабочем месте…

Проектирование цеха по производству макарон “Новинка” производительностью 15000 в год и производительностью линий 500 кг/ч

3.4 График работы линий

Устанавливаем комплексно-механизированные линии по производству макаронных изделий производительностью 500 кг/ч каждая с прессом Б6-ЛПШ-500 и сушилкой непрерывного действия. График 2-х недельной работы линий представлен в таблице 9…

Разбор диаграммы состояния металлической системы “свинец-платина”

3. Фазовая диаграмма состояния системы и характеристика линий диаграммы

Изобразим диаграмму состояния системы с указанием структур во всех областях и фаз, входящей в состав эвтектики. Рис. 2 – Диаграмма состояния с указанием структур во всех областях Фазы: жидкость L, практически чистый компонент (Pt)…

Разработка технологии производства отливки “Корпус 7201-0019-02/001”

4.1 Техническая характеристика линий АЛИФ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12…

Расчет агрегатно-поточного и конвейерного способа производства стеновых панелей

2. Режим работы линий

поточный конвейерный железобетонный Агрегатно-поточный способ изготовления конструкций характеризуется расчленением технологического процесса на: отдельные операции или их группы; выполнением нескольких разнотипных операций на…

Расчет и проектирование сварных конструкций

3. Построение линий влияния

Ректификационная установка непрерывного действия

Уравнения рабочих линий

– верхней (укрепляющей) части колонны – нижней (отгонной) части колонны Построение рабочих линий ректификационной колонны: рабочую линию укрепляющей части колонны удобно строить по двум точкам…

Строение и свойства металлов и сплавов

9.2 Диаграмма состояния «железо-цементит»

Железоуглеродистые сплавы изучаются на основании диаграммы состояния железо – углерод. Практическое значение имеет левая часть диаграммы до содержания 6,67% С…

Технология автоматической сварки стали 18Г2АФпс автоматической сваркой под слоем флюса

1.5 Температура критических точек

Таблица 1…

Пояснение к диаграмме железо-углерод [PDF]

На последнем занятии мы изучили различные типы сталей, методы производства стали и механические свойства металлов, тогда как на сегодняшнем занятии мы собираемся обсудить фазовую диаграмму железо-углерод с четырьмя фазовыми превращениями.

Что такое критическая концентрация?

Углерод добавляется в железо в виде промежуточных включений для повышения прочности железа. Максимальная растворимость углерода (C) в железе (Fe) составляет 6.67% назвали критической концентрацией.

Что такое цементит?

Если к железу добавить углерод, образуется фаза карбида железа (Fe3C), которая является твердой и хрупкой, также называемой цементитом.

Примечание:

В этой статье я объясню все важные концепции, которые подчеркнуты или выделены полужирным шрифтом . полезны для всех типов экзаменов. Обязательно, на любом экзамене будут выставлены 2 балла по теории диаграмм железо-углерод.

Фазовая диаграмма железо-углерод с подробным объяснением:

Если процентное содержание углерода находится в диапазоне от 0 до 2.11%, тогда он называется Сталь , а если процентное содержание углерода находится в диапазоне от 2,11 до 6,67%, то оно называется Чугун.

По мере увеличения содержания углерода образуется больше карбида железа, и эта фаза будет проявлять высокую твердость.

Автор AG Caesar

Что такое фазовая диаграмма?

Фазовые диаграммы – это графические изображения фаз, присутствующих в сплаве при различных условиях химического состава, температуры или давления.

Фазовая диаграмма железо-углерод – фазы:

Различные фазы фазовой диаграммы железо-углерод следующие.

О γFe: (Гамма (γ) Железо)

  • γFe также называют «аустенитом».
  • Максимальная растворимость углерода составляет 2,11% при 1147 градусах Цельсия.
  • Изменяя содержание углерода от 0 до 2,11%, можно получить различные стали в фазе γFe.
  • При нагревании или охлаждении фазы γFe размер зерна может быть изменен (термическая обработка), так что можно получить множество фаз с разной прочностью.
  • Твердость фазы γFe зависит от процентного содержания углерода, который в ней содержится.
  • Минимальная температура, при которой существует фаза γFe, составляет 723 градуса по Цельсию при 0,8 процента углерода.
  • Структура соответствует требованиям FCC.

Об αFe: (Alpha (

α ) Iron) Автор: Cdang
  • αFe также называют «ферритом».
  • Максимальная растворимость углерода составляет 0,025% при 723 градусах Цельсия.
  • αFe обладает такими же свойствами, что и чистое железо, но твердость немного выше по сравнению с чистым железом.
  • Он магнитный.
  • Структура BCC.

О δFe: (Дельта (δ) Железо)

Автор: Cdang

Максимальная растворимость углерода составляет 0,1% при 1493 градусах Цельсия.

  • Fe (δ-Железо) имеет очень низкое содержание углерода и, следовательно, обладает низкой твердостью, что указывает на то, что это очень пластичная фаза.
  • Fe трудно производить и является наиболее нестабильной фазой, потому что добавление очень небольшого содержания углерода в решетку железа (Fe) с равномерным распределением очень трудно при высоких температурах.
  • Структура BCC.

Фазовое превращение в железе и углероде Диаграмма:

Четыре фазовых превращения в диаграмме Fe-C следующие.

  1. Эвтектоидное фазовое превращение
  2. Эвтектоидное фазовое превращение
  3. Перитектическое фазовое превращение
  4. Перитектоидное фазовое превращение

Подробное объяснение всех вышеперечисленных фаз представлено ниже.

Эвтектоидное фазовое преобразование:

Эвтектоидное фазовое превращение выглядит следующим образом.

В точке «S»: (Эвтектоидная точка)

S1 -> [S2 + S3]

γFe -> [(αFe) + Fe3C] при 0,8% C при 723 градусах Цельсия

Примечание: (α Fe ) + Fe3C называется перлитом.

Что такое перлит?

На диаграмме железо-углерод аустенитная фаза (γFe) может подвергаться эвтектоидному превращению с образованием феррита и цементита , называемого перлитом .

Эвтектическое фазовое превращение:

Эвтектическое фазовое превращение выглядит следующим образом.

В точке «C»: (точка эвтектики)

L (Fe + C) -> [(γFe) + Fe3C] при 4,3% C при 1147 градусах Цельсия

L -> [S2 + S3]

Эвтектическая реакция – это трехфазная реакция, при которой при охлаждении жидкость превращается в две твердые фазы одновременно.

Перитектическое фазовое превращение:

Перитектическое фазовое превращение выглядит следующим образом.

В точке «J»: (Перитектическая точка)

(δFe + L) -> (γFe) при 0,17% C при 1493 градусах Цельсия

(S1 + L) -> S2

Перитектоидное фазовое преобразование:

Перитектоидное фазовое преобразование выглядит следующим образом.

(S1 + S2) -> S3

Примечание:

Смешанная фаза (γFe + Fe3C), содержащаяся от 4,3% до 6,67% в диапазоне от 723 до 1145 градусов по Цельсию, известна как фаза ледебурата.

Почему чугун не поддается термической обработке?
  • Максимальный процент углерода, который может производиться в стали, составляет только 1,5%.
  • Если содержание углерода составляет от 2,11 до 6,67%, выше линии ликвидуса, он существует в форме расплавленной жидкости, а ниже линии ликвидуса он существует в виде твердого вещества.
  • Максимальное процентное содержание углерода в чугуне, которое может быть произведено, составляет 5% только потому, что в области GE2H температура плавления минимальна, а это означает, что получение жидкого расплава является легким, и, следовательно, процесс литья также прост.
  • Добавление легирующих элементов не позволяет эффективно улучшить свойства чугуна из-за очень высокого содержания углерода.
  • При нагревании или охлаждении изменение размера зерна в чугуне затруднено, поскольку оно приводит к увеличению объема карбида железа (Fe3C), а это означает, что модификация связей между атомами затруднена, а это означает, что изменение размера зерна затруднено. и, следовательно, чугун (CI) не подлежит термообработке.

Полная видеолекция по фазовой диаграмме железа и углерода:

Часто задаваемые вопросы:

Что такое цементит?

Если к железу добавить углерод, образуется фаза карбида железа (Fe3C), которая является твердой и хрупкой, также называемой цементитом.

Что такое фазовая диаграмма?

Фазовые диаграммы – это графические изображения фаз, присутствующих в сплаве при различных условиях химического состава, температуры или давления.

Что такое перлит?

На диаграмме железо-углерод аустенитная фаза (γFe) может подвергаться эвтектоидному превращению с образованием феррита и цементита, называемого перлитом.

Итак, это подробное объяснение фазовой диаграммы железа и углерода , которое было успешно объяснено с помощью важных моментов, выделенных жирным и подчеркнутым текстом.Если у вас есть сомнения по поводу Теорию диаграмм железо-углерод, вы можете задать нам вопрос в разделе комментариев.

Дополнительные ресурсы:

Механические свойства металлов
Цветные металлы
Макроскопические и микроскопические свойства

Источники [Внешние ссылки]:


фазовая диаграмма железо углерод | Металлургия для чайников

Изучение микроструктуры всех сталей обычно начинается с бинарной фазовой диаграммы метастабильное железо-углерод (Fe-C) (рис. 1).Он обеспечивает неоценимую основу для получения знаний как об углеродистых, так и о легированных сталях, а также о ряде различных термических обработок, которым они обычно подвергаются (закалка, отжиг и т. Д.).
Рис. 1. Фазовая диаграмма железа и углерода

На низкоуглеродистом конце метастабильной фазовой диаграммы Fe-C мы выделяем феррит (альфа-железо), который может растворять не более 0,028 мас. % C при 738 ° C и аустенит (гамма-железо), способный растворять 2,08 мас. % С при 1154 ° С. Гораздо большее фазовое поле гамма-железа (аустенита) по сравнению с фазовым полем альфа-железа (феррита) ясно указывает на значительно более высокую растворимость углерода в гамма-железе (аустенит), максимальное значение равно 2.08 вес. % при 1154 ° C. Закалка углеродистых сталей, как и многих легированных сталей, основана на этой разнице в растворимости углерода в альфа-железе (феррит) и гамма-железе (аустенит).

На богатой углеродом стороне метастабильной фазовой диаграммы Fe-C находится цементит (Fe3C). Менее интересен, за исключением высоколегированных сталей, дельта-феррит при самых высоких температурах.

Для подавляющего большинства сталей используются всего два аллотропа железа: (1) альфа-железо, которое представляет собой объемноцентрированный кубический (ОЦК) феррит, и (2) гамма-железо, которое представляет собой гранецентрированный кубический (ГЦК) аустенит. .При атмосферном давлении феррит BCC стабилен при всех температурах до 912 ° C (точка A3), когда он превращается в аустенит FCC. Он превращается в феррит при 1394 ° C (точка A4). Этот высокотемпературный феррит называется дельта-железом, хотя его кристаллическая структура идентична альфа-ферриту. Дельта-феррит остается стабильным до плавления при 1538 ° C.

Области со смесями двух фаз (таких как феррит + цементит, аустенит + цементит и феррит + аустенит) находятся между однофазными полями.При самых высоких температурах можно обнаружить поле жидкой фазы, а ниже – двухфазные поля (жидкость + аустенит, жидкость + цементит и жидкость + дельта-феррит). При термической обработке стали всегда избегают жидкой фазы.

Стальная часть фазовой диаграммы Fe-C охватывает диапазон от 0 до 2,08 мас. % C. Чугунная часть фазовой диаграммы Fe-C охватывает диапазон от 2,08 до 6,67 мас. % К.

Стальную часть метастабильной фазовой диаграммы Fe-C можно разделить на три области: доэвтектоид (0 <вес.% C <0,68 мас. %), эвтектоид (C = 0,68 мас.%) и заэвтектоид (0,68 <мас.% C <2,08 мас.%).

Очень важный фазовый переход на метастабильной фазовой диаграмме Fe-C происходит при 0,68 мас. % C. Превращение эвтектоидное, продукт его называется перлит (феррит + цементит):

гамма-железо (аустенит) -> альфа-железо (феррит) + Fe3C (цементит).

Некоторые важные границы на однофазных месторождениях получили специальные названия. К ним относятся:

  • A1 – Так называемая эвтектоидная температура, минимальная температура для аустенита.
  • A3 – Нижнетемпературная граница области аустенита при низком содержании углерода, то есть граница гамма / гамма + феррит.
  • Acm – граница двойника для высокого содержания углерода; т.е. граница гамма / гамма + Fe3C.

Иногда используются буквы c, e или r:

  • Accm – В заэвтектоидной стали температура, при которой растворение цементита в аустените завершается во время нагрева.
  • Ac1 – Температура, при которой аустенит начинает образовываться во время нагревания, причем c происходит от французского chauffant.
  • Ac3 – Температура, при которой завершается превращение феррита в аустенит во время нагрева.
  • Aecm, Ae1, Ae3 – температуры фазовых переходов при равновесии.
  • Arcm – В заэвтектоидной стали температура, при которой начинается осаждение цементита во время охлаждения, причем r определяется французским рефроидиссантом.
  • Ar1 – Температура, при которой завершается превращение аустенита в феррит или в феррит плюс цементит во время охлаждения.
  • Ar3 – Температура, при которой аустенит начинает превращаться в феррит во время охлаждения.
  • Ar4 – Температура, при которой дельта-феррит превращается в аустенит во время охлаждения.

При добавлении легирующих элементов в железоуглеродистый сплав (сталь) положение границ A1, A3 и Acm, а также эвтектоидный состав изменяются. Как правило, элементы, стабилизирующие аустенит (например, никель, марганец, азот, медь и т. Д.), Снижают температуру A1, тогда как элементы, стабилизирующие феррит (например,например, хром, кремний, алюминий, титан, ванадий, ниобий, молибден, вольфрам и т. д.) повышают температуру A1.

Содержание углерода, при котором достигается минимальная температура аустенита, называется содержанием эвтектоидного углерода (0,68 мас.% C в случае метастабильной фазовой диаграммы Fe-C). Смесь фаз феррит-цементит этого состава, образующаяся при медленном охлаждении, имеет характерный внешний вид и называется перлитом, и ее можно рассматривать как микроструктурную единицу или микрокомпонент.Это совокупность чередующихся пластин феррита и цементита, которая после длительной выдержки при температуре, близкой к A1, превращается в частицы цементита, диспергированные в ферритной матрице.

Наконец, у нас есть начальная температура мартенсита Ms и конечная температура мартенсита Mf:

.
  • Ms – самая высокая температура, при которой начинается превращение аустенита в мартенсит во время быстрого охлаждения.
  • Mf – Температура, при которой заканчивается образование мартенсита во время быстрого охлаждения.

Возможно вам понравится

Случайные сообщения

  • Инновация, вдохновленная природой, часть 2
    Если вы когда-нибудь пытались сорвать мидию с камня или сваи пирса, вы, вероятно, заметили, что они точно знают, как приклеивать …
  • Усталость Свойства
    При рассмотрении реакции металлических материалов на циклическую нагрузку важно различать компоненты …
  • Явления переноса
    В технике и физике изучение явлений переноса касается обмена массой, энергией или импульс между…
  • Свариваемость конструкционных сталей
    Если подготовка к сварке хорошая и дефекты, вызванные оператором (например, отсутствие проплавления или плавления), исключены, то все беспорядки …
  • Фазы железо-углерод
    Кристаллическая структура сталь меняется с повышением температуры. Для чистого железа это изменение происходит при 910 ° C. Тело …

Что такое фазовая диаграмма железо-углерод?

Фазовая диаграмма железо-углерод

Фазовая диаграмма железо-углерод широко используется для понимания различных фаз стали и чугуна.И сталь, и чугун представляют собой смесь железа и углерода. Также оба сплава содержат небольшое количество микроэлементов.

График довольно сложный, но, поскольку мы ограничиваем наши исследования Fe3C, мы сосредоточимся только на 6,67 весовых процентах углерода.

Эта фазовая диаграмма железо-углерод нанесена с весовыми концентрациями углерода по оси X и шкалой температур по оси Y.

На рис. Показана диаграмма равновесия Fe-C, на которой изображены различные структуры (полученные в процессе нагрева и охлаждения), фазы и микроскопические составляющие различных видов стали и чугуна.Основные структуры, значение различных линий и критические точки обсуждаются ниже.

Структуры на диаграмме Fe-C

Основные микроскопические составляющие железа и стали следующие:

  • Аустенит
  • Феррит
  • Цементит
  • Перлит

1. Аустенит

Аустенит представляет собой твердый раствор свободный углерод (феррит) и железо в гамма-железе. При нагревании стали после достижения верхней критической температуры формирование структуры завершается аустенитом, который является твердым, пластичным и немагнитным.

Способен растворять большое количество углерода. Он находится между критическим диапазоном или диапазоном перехода во время нагрева и охлаждения стали. Он образуется, когда сталь содержит до 1,8% углерода при температуре 1130 ° C. При охлаждении ниже 723 ° C начинает превращаться в перлит и феррит. Аустенитные стали не поддаются упрочнению обычными методами термической обработки и немагнитны.

2. Феррит

Феррит содержит очень мало или совсем не содержит углерода в железе. Это название, данное кристаллам чистого железа, которые являются мягкими и пластичными.Медленное охлаждение низкоуглеродистой стали ниже критической температуры приводит к образованию ферритной структуры. Феррит не затвердевает при быстром охлаждении. Он очень мягкий и очень магнитный.

3. Цементит

Цементит – это химическое соединение углерода с железом, известное как карбид железа (Fe3C). Чугун, содержащий 6,67% углерода, имеет полную структуру цементита. Свободный цементит присутствует во всех сталях, содержащих более 0,83% углерода. Он увеличивается с увеличением% углерода, что отражено на диаграмме равновесия Fe-C.Это очень тяжело.

Считается, что твердость и хрупкость чугуна обусловлены присутствием цементита. Снижает предел прочности на разрыв. Он образуется, когда углерод образует определенные комбинации с железом в виде карбидов железа, которые по своей природе являются чрезвычайно твердыми. Хрупкость и твердость чугуна в основном контролируются наличием в нем цементита. Он магнитный при температуре ниже 200 ° C.

4. Перлит

Перлит представляет собой эвтектоидный сплав феррита и цементита.Это особенно характерно для средне- и низкоуглеродистых сталей в виде механической смеси феррита и цементита в соотношении 87:13. Его твердость увеличивается с увеличением доли перлита в черных металлах.

Перлит относительно прочный, твердый и пластичный, а феррит – слабый, мягкий и пластичный. Он состоит из чередующихся светлых и темных пластин.

Эти слои попеременно состоят из феррита и цементита. При наблюдении в микроскоп поверхность имеет вид жемчужины, поэтому ее называют перлитом.Твердые стали представляют собой смеси перлита и цементита, а мягкие стали – смеси феррита и перлита.

По мере того, как содержание углерода превышает 0,2% при температуре, при которой феррит сначала удаляется из аустенитной капли, до тех пор, пока содержание углерода не превышает 0,8%, свободный феррит не выделяется из аустенита. Эта сталь называется эвтектоидной сталью, и по составу она имеет перлитную структуру.

Поскольку железо с различным процентным содержанием углерода (до 6%) нагревается и охлаждается, следующие фазы, изображающие линии, расскажут о структуре железа и о том, как оно заряжается.

Линии значимости преобразований

1. Линия ABCD

Строка ABCD говорит о том, что над этой линией плавление завершилось во время нагрева чугуна. Расплавленный металл находится исключительно в форме ликвидуса. Ниже этой линии и над линией AHJECF металл является частично твердым, а частично жидким.

Твердый металл известен как аустенит. Таким образом, линия ABCD представляет температуры, при которых плавление считается завершенным. За этой линией металл полностью находится в расплавленном состоянии.Это не горизонтальная линия, температура плавления будет изменяться в зависимости от содержания углерода.

2. Строка AHJECF

Эта линия говорит нам, что металл начинает плавиться при этой температуре. Эта линия не является горизонтальной, и, следовательно, температура плавления будет меняться в зависимости от содержания углерода. Ниже этой линии и над линией GSEC металл находится в твердой форме и имеет аустенитную структуру.

3. Линия PSK

Эта линия возникает около 723 ° C и является горизонтальной линией и известна как линия более низкой критической температуры, поскольку на этой линии начинается превращение стали.Процент углерода не должен влиять на это, это означает, что сталь с разным процентным содержанием углерода будет преобразовываться при одной и той же температуре.

Диапазон выше линии до GSE известен как диапазон преобразования. Эта линия говорит нам, что сталь с содержанием углерода от 0,8% до 0,8% во время нагрева начнет превращаться из феррита и перлита в аустенит.

4. Линия ECF

Это линия при температуре 1130 ° C, которая показывает, что для чугуна с% C от 2% до 4,3%. Ниже этой линии и выше линии SK чугун будет содержать аустенит + ледебурит и цементит + ледебурит.

СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Фазовая диаграмма – Промышленные металлурги

В металлургии термин фаза используется для обозначения физически однородного состояния вещества, в котором фаза имеет определенный химический состав и особый тип атомных связей и расположения элементов. В сплаве могут одновременно присутствовать две или более разных фаз. На изображениях ниже показаны фазы в сплавах алюминий-медь и железо-углерод.

Al2Cu выделяется в алюминиевой матрице.© DoITPoMS Micrograph Library, Univ. Кембриджа Феррит (белый) и цементит (темный) в стали.

Каждая фаза в сплаве имеет свои собственные отличные физические, механические, электрические и электрохимические свойства. Например, в углеродистой стали феррит является относительно мягкой фазой, а цементит – твердой хрупкой фазой. Когда они присутствуют вместе, прочность сплава намного выше, чем у феррита, а пластичность намного лучше по сравнению с цементитом. Таким образом, сплав с более чем одной фазой можно рассматривать как композиционный материал.

Хотите узнать о фазовых диаграммах стали? Смотрите наши курсы металлургии стали

Фазы, присутствующие в сплаве, зависят от состава сплава и термической обработки, которой он подвергался. Фазовые диаграммы – это графические изображения фаз, присутствующих в конкретном сплаве, выдерживаемом при определенной температуре. Фазовые диаграммы можно использовать для прогнозирования фазовых изменений, которые произошли в сплаве, который подвергался определенному процессу термообработки.Это важно, потому что свойства металлического компонента зависят от фаз, присутствующих в металле.

Фазовые диаграммы полезны металлургам для выбора сплавов с определенным составом, а также для разработки и управления процедурами термообработки, которые будут обеспечивать определенные свойства. Они также используются для устранения проблем с качеством.

Нужна помощь в проектировании металлов в вашем продукте? Мы предоставляем консультации по металлургии, чтобы помочь выбрать сплавы для компонентов.

Фазовая диаграмма железо-углерод
Примером обычно используемой фазовой диаграммы является фазовая диаграмма железо-углерод, которая используется для понимания фаз, присутствующих в стали.Количество углерода, присутствующего в сплаве железо-углерод, в процентах по массе, отложено по оси абсцисс, а температура – по оси ординат. Каждая область или фазовое поле на фазовой диаграмме указывает фазу или фазы, присутствующие для определенного состава сплава и температуры. Для фазовой диаграммы железо-углерод интересующими фазовыми полями являются поля фаз феррит, цементит, аустенит, феррит + цементит, феррит + аустенит и аустенит + цементит.

Фазовая диаграмма показывает, что сплав железа с углеродом с 0.5% углерода, выдерживаемого при температуре 900 ° C, будет состоять из аустенита, и тот же сплав, выдерживаемый при температуре 650 ° C, будет состоять из феррита и цементита. Кроме того, диаграмма показывает, что когда сплав с 0,78% углерода медленно охлаждается от 900 ° C, он превратится в феррит и цементит примерно при 727 ° C.

Нужна помощь в анализе отказов металлического компонента? См. Нашу страницу анализа отказов. Вопросы? [email protected]

Фазовая диаграмма алюминий-медь
Другой часто используемой фазовой диаграммой является фазовая диаграмма алюминий-медь, которая полезна для понимания дисперсионного упрочнения в сплавах Al-Cu.Количество меди в сплаве отложено по оси абсцисс. Интересующие нас фазовые поля – это фазовые поля Al, θ и Al + θ в левой части. Для дисперсионного упрочнения сплава Al-Cu эта диаграмма состояния показывает минимальную температуру, до которой сплав должен быть нагрет, чтобы вся медь перешла в раствор. На это указывает линия сольвуса на фазовой диаграмме. На максимальное количество меди, которое может способствовать дисперсионному упрочнению, указывает максимальное количество меди (5.45%), который может переходить в твердый раствор в алюминии.

Условия равновесия
Фазовые диаграммы показывают взаимосвязь между присутствующими фазами, составом сплава и температурой в условиях медленного нагрева или охлаждения. Медленный нагрев или охлаждение позволяет атомам внутри металла перемещаться, так что сплав находится в равновесии. Однако при многих процессах термической обработки металл подвергается быстрому нагреву и охлаждению. В этих условиях возможно отсутствие или наличие фаз по сравнению с тем, что указано на фазовой диаграмме.Следовательно, также важно понимать кинетику фазовых превращений, то есть влияние температуры, времени, скорости охлаждения и скорости нагрева на фазовые изменения в сплаве. Это будет тема другой статьи.

Вы можете узнать больше о том, как читать и использовать фазовые диаграммы, в нескольких наших курсах. Металлургия стали и Металлургия стали Термическая обработка рассказывает о фазовой диаграмме железо-углерод. Металлургия осажденного упрочнения рассказывает о фазовой диаграмме алюминий-медь.

Фазовая диаграмма железо-углеродных сплавов и Fe-C

Фазовая диаграмма железо-углерод и системы железо-углерод являются наиболее важными двойными системами в технике. Сталь, чугун и различные области применения зависят от систем железо-углерод. Мы также объяснили фазовую диаграмму олово-свинец и фазовые диаграммы никель-медь, которые также очень важны в металлургии и машиностроении. В этой статье мы объясним фазовую диаграмму железо-углерод.


Основы современного производства: материалы, процессы и системы, седьмое издание

Если вас интересует руководство, используемое для этой статьи, нажмите на указанную ссылку выше или кнопку «Купить сейчас», чтобы проверить его на Amazon!

Что такое фазовая диаграмма железо-углерод?

Фазовая диаграмма железо-углерод (Fe-C).

Фазы железо-углерод и фазовая диаграмма немного сложны по сравнению с другими диаграммами. Горизонтальная ось диаграммы Fe-C показывает процентное содержание углерода в системах Fe-C. Предел растворимости углерода внутри железа очень низкий. Таким образом, приведенная выше диаграмма показывает содержание углерода до 6,11%, что также является пределом растворимости углерода внутри железа. Две вертикальные оси показывают температуру: правая сторона – градусы Цельсия, левая – градусы Фаренгейта.

Если мы посмотрим на чистое железо с левой стороны, есть много фаз.Первая фаза, которая начинается с температуры окружающей среды чистого железа, называется альфа-твердой фазой, которую также называют ферритом. При температуре 912 градусов Цельсия образуется аустенитная фаза железа. При 1394 градусах Цельсия дельта-фаза происходит до точки плавления чистого железа, которая составляет 1539 градусов Цельсия.

Если мы посмотрим на решеточные структуры фаз, альфа- и бета-фазы чистого железа имеют структуру решетки ОЦК, а гамма-фаза, которая находится между этими фазами, имеет структуру решетки ГЦК.

Как мы объясняли в другой статье, если содержание углерода в железоуглеродистом сплаве составляет 0–2,07%, этот сплав называется сталью. Сталь – один из важнейших металлов в промышленности.

При 0,77% углерода и температуре 723 градуса Цельсия, это называется эвтектоидным составом. Стали с содержанием углерода более 0,77% называются гиперэвтектоидными сталями, а другие – гипоэвтектоидными сталями. Есть еще одна точка, называемая эвтектической точкой, которая возникает при 4,3% углерода и температуре 1130 градусов Цельсия.

Если содержание углерода составляет 2,07-6,11%, сплав называется чугунным.

На приведенной выше диаграмме присутствует фаза F3C, которая выделяется при низких температурах и называется цементитом. Цементит – это твердая и хрупкая фаза сплава железа с углеродом, которая также является твердой.

Заключение

Общее объяснение фазовой диаграммы железо-углерод может быть таким, как указано выше. Оставляйте свои комментарии и вопросы о «фазовой диаграмме железо-углерод» ниже!

Источник изображения: Основы современного производства

Фазовая диаграмма железо-углерод [12] | Скачать научную диаграмму

Контекст 1

…. наиболее важным из этих карбидов является Fe3C, который называется цементитом. Метастабильная фазовая диаграмма железо-углерод, показанная на рисунке 1. …

Context 2

… и Bain обнаружили новую микроструктуру, которая содержала игольчатый темный травильный агрегат в 1930-х годах, как показано на рисунке 10. Основные результаты показали, что новая микроструктура не похожа на перлит или мартенсит, когда сталь подвергалась термообработке изотермически при температурах выше мартенсита и ниже температуры, при которой линия образования перлита [7-19-20]….

Context 3

… бейнитные микроструктуры представлены «C-кривой» на диаграммах TTT. На рисунке 11 показана типичная диаграмма TTT для углеродистой стали с различными фазами в зависимости от скорости охлаждения. Рисунок 11. …

Context 4

… 11 показывает типичную диаграмму TTT для углеродистой стали с различными фазами в зависимости от скорости охлаждения. Рис. 11. Пример TTT для образования бейнитной стали [15] Преобразование аустенита в новые составы, которые образуются ниже температуры реконструктивных превращений, известны как феррит Видманштеттена, бейнит и мартенсит и рассматриваются как продукты вытеснения [7]….

Контекст 5

… феррит с концентрацией дислокаций в бейните делает его более твердым, чем обычные ферриты. В соответствии с расположением карбидов в ферритной матрице бейнит классифицируется как верхний и нижний бейнит, как показано на Рисунке 12. В верхнем бейните карбиды выделяются из остаточного аустенита, в то время как верхний бейнитный феррит не выделяется [23]. …

Контекст 6

… Гарсия-Матео и др. сообщили о бейнитной структуре, которая образуется при низкой температуре в высококремнистоуглеродистых сталях с пределом прочности на разрыв до 2500 МПа и вязкостью разрушения до 28 МПа · м 1/2 [51].Такие механические свойства являются результатом высокоочищенной бейнитной микроструктуры из-за превращения аустенита при температурах около 200 ° C, как показано на Рисунке 13. Сообщается, что ферритовые пластины имеют ширину 20 нм по сравнению с обычной шириной от 0,2 до 0,5. мкм. …

Контекст 7

… основной момент, на который следует обратить внимание, заключается в том, что за счет максимизации объемной доли феррита и превращения при пониженных температурах большие области “блочного” остаточного аустенита, которые больше не ограничивают ударную вязкость, больше не существуют.Микроструктура похожа на клиновидные связки бейнита и небольшие блоки остаточного аустенита, как показано на рисунке 14. Преобразование при низкой температуре приводит к высокой объемной доле феррита и приводит к высокой прочности за счет появления дефектов в микроструктуре. …

Контекст 8

… Процесс обработки бейнитных сталей состоит из следующих этапов: ➢ Аустенизация ➢ Аустенизация Схематическое изображение процесса термообработки бейнитов показано на Рисунке 15.На первом этапе образцы нагревали до аустенитной области. …

Контекст 9

… такие параметры, как нагрузка, скорость вращения, продолжительность и температура, контролируются, контролируются и записываются в реальном времени. На рисунках 16 и 17 показан вид испытательного оборудования и образцов, использованных для этого исследования, где параметры испытаний представлены в разделе Параметры нагрузки и испытания были выбраны таким образом, чтобы проанализировать поведение материала в области пластической деформации, где адгезионно-окислительный износ механизмы будут доминировать.Согласно фиг.18, при значительном увеличении скорости скольжения-нагрузки существует вероятность того, что переход к участкам сильного окисления и заедания будет доминирующим. …

Context 10

… параметры, такие как нагрузка, скорость вращения, продолжительность и температура, контролируются, контролируются и записываются в реальном времени. На рисунках 16 и 17 показан вид испытательного оборудования и образцов, использованных для этого исследования, где параметры испытаний представлены в разделе Параметры нагрузки и испытания были выбраны таким образом, чтобы проанализировать поведение материала в области пластической деформации, где адгезионно-окислительный износ механизмы будут доминировать.Согласно фиг.18, при значительном увеличении скорости скольжения-нагрузки существует вероятность того, что переход к участкам сильного окисления и заедания будет доминирующим. …

Контекст 11

… 16 и Рисунок 17 показывают вид испытательного оборудования и образцов, используемых для этого исследования, где параметры испытаний представлены в разделе Параметры нагрузки и испытания были выбраны таким образом, чтобы анализировать материал поведение в области пластической деформации, где будут доминировать механизмы адгезионного окислительного износа.Согласно фиг.18, при значительном увеличении скорости скольжения-нагрузки существует вероятность того, что переход к участкам сильного окисления и заедания будет доминирующим. Сильное окисление происходит либо при высоких скоростях скольжения, либо при повышенных температурах, в то время как схватывание происходит при очень высоких контактных давлениях в определенных областях применения, которые не рассматриваются в данном исследовании. …

Контекст 12

… как показано на рисунке 19, это метод, используемый для определения атомной и молекулярной структуры кристалла, в котором кристаллические атомы заставляют луч падающих рентгеновских лучей дифрагировать в много конкретных направлений.Измеряя углы и интенсивность этих дифрагированных лучей, кристаллограф может создать трехмерную картину плотности электронов внутри кристалла. …

Контекст 13

… Микрофотографии SEM (JOEL JCM 6000 и XHR-SEM SEM), полученные с различным разрешением на основе анализа сигнала обратно рассеянных электронов и вторичных электронов, испускаемых электронным пучком, как показано на рисунке 20 и Рисунок 21. Результаты анализа SEM предоставят подробную информацию о морфологии исходных и изношенных образцов для структуры материала (например, механизмов износа, трещин и деформаций) в различных поперечных сечениях и о распределении различных фаз материала….

Контекст 14

… в связи с высокой концентрацией кремния в образцах CFB уже утверждалось, что магнитные свойства образцов CFB будут повышаться. Как показано на Рисунке 31, обзор литературы показывает, что для различных сталей термическая обработка и температура аустенизации могут сильно повлиять на этот параметр, поэтому лучший способ контролировать магнитные свойства образцов – это либо легирование, либо использование доступного тепла. схемы лечения, где второй недоступен.Далее утверждалось, что наличие магнитного поля будет действовать как сила сопротивления против скользящего движения [67], из чего можно сделать вывод, что такие явления должны иметь прямое влияние на коэффициент трения. …

Context 15

… можно сделать вывод, что из-за постоянной нагрузки на изношенную поверхность штифта и относительно более высокой температуры по сравнению с поверхностью диска оксидный слой имеет высокую хрупкость и низкую пластичность. Таким образом, они непрерывно растут и разрушаются, где следы растрескавшегося оксидного слоя видны на Рисунке 49 (a) и Рисунке 51, поскольку они часто застревают в углублении между неровностями изношенных деформированных поверхностей.Анализ EDS также подтверждает типы слоев, сформированных на поверхности (Рисунок 57 и Рисунок 58). …

Контекст 16

… Изношенная и исходная поверхность поверхности образцов была проанализирована с помощью трехмерной оптической профилометрии, результаты показаны на рисунках 61 и 62. Контрольные линии поверхности относятся к исходной неизношенной поверхности шероховатость. …

Диаграмма железо-углерод и ее реакции

На диаграмме Fe-Fe 3 C происходят три важных инвариантных (при постоянной температуре) реакции, как описано ниже:

1.Перитектическая реакция:

Перитектическая реакция, как правило, может быть представлена ​​уравнением:

, где L представляет собой жидкость фиксированного состава, S 1 и S 2 представляют собой два разных твердых вещества фиксированного состава каждое. Рис. 1.23 иллюстрирует перитектическую область диаграммы Fe-Fe 3 C.

Инвариантная перитектическая реакция в Fe-Fe 3 C-диаграмма определяется по формуле:

Собственно Fe-0.Сталь 17% C является перитектической сталью, потому что только эта сталь полностью подвергается вышеуказанной реакции. При охлаждении из расплавленного состояния эта сталь начинает затвердевать в точке x, и первое твердое вещество, которое должно зародиться, представляет собой δ-феррит. По мере того как охлаждение продолжается, все больше δ-феррита затвердевает [Рис. 1.23 (b)] и при любой температуре, например T 1 , правило Рычага помогает вычислить долю δ-феррита (= FG / EG) и жидкости (= EF / EG).

Состав (т.е.% C) δ-феррита изменяется вдоль EO и жидкости вдоль GB с дальнейшим падением температуры (в соответствии с правилом рычага), так что, когда эта перитектическая сталь просто достигает перитектической температуры, 1495 ° C и до начала перитектической реакции жидкость имеет состав (точка B) 0.53% C и δ-феррит (точка 0) содержит 0,09% C, и количество этих фаз соответствует правилу рычага с OPB в качестве связующей линии с P в качестве точки опоры.

Теперь этот сплав при перитектической температуре 1495 ° C полностью претерпевает перитектическую реакцию, т. Е. 81,82% 8-феррита (c = 0,09%) полностью реагирует с 18,18% жидкости (c = 0,53%), давая 100% твердый аустенит (c = 0,17%), т. е. для полной перитектической реакции отношение 8-феррита (c = 0,09%) к жидкости (c = 0.53%) должно быть (81,81 / 18,18):: 4,5: 1 при только что достигнутой температуре 1495. Стали с содержанием углерода от 0,09% до 0,17% называются гипоперитектическими сталями.

Эти стали содержат больше 8-феррита (0,09% C), чем требуется для полной перитектической реакции, и, таким образом, присутствует дополнительный непрореагировавший 8-феррит (0,09% C) вместе с перитектически образованным аустенитом (c = 0,17%) после перитектическая реакция завершена. Например, сталь с 0,15% C, охлажденная до перитектической температуры (до наступления перитектической реакции), 1495 ° C, имеет (используйте правило рычага с соединительной линией OZB с точкой опоры Z).

Для того, чтобы полная перитектическая реакция произошла при 1495 ° C, количество δ-феррита (c = 0,09), необходимое для 13,64% жидкости, присутствующей в этом сплаве, составляет 13,64 x 4,5 = 61,36%. Таким образом, сталь с 0,15% C имеет 86,36 – 61,36 = 25% масс. дополнительного δ-феррита, который остается непрореагировавшим после перитектической реакции, вместе с аустенитом в фазе продукта массой% (13,64 + 61,36) = 75. Этот результат можно проверить, применив правило рычага для этого сплава при незначительной температуре ниже перитектической температуры с OP в качестве связующей линии с точкой опоры в Z.

Стали с содержанием углерода от 0,17% до 0,53% называются гиперперитектическими сталями. Эти стали имеют дополнительную жидкость при перитектической температуре (только что достигнутой), чем требуется для полной перитектической реакции, и, таким образом, после этой реакции они имеют фазу продукта аустенита и дополнительную непрореагировавшую жидкость (c = 0,53). Все стали с содержанием углерода от 0,09% до 0,53 подвергаются перитектической реакции. Стали с содержанием углерода менее 0,09% и углерода более 0,53% не подвергаются перитектической реакции.

Скажем, сталь с 0,77% C (рис. 1.23) начинает затвердевать в точке J с образованием твердого аустенита (состав которого указан точкой L). При понижении температуры образуется больше аустенита. Содержание углерода в твердом аустените изменяется по линии LK, пока сталь не станет на 100% твердым аустенитом (c = 0,77%) в точке K.

Перитектическая реакция имеет определенное значение во время замораживания сталей (углерод от 0,09 до 0,53%), особенно в условиях быстрого охлаждения, когда может возникнуть микросегрегация, в противном случае коммерческая термообработка в этой области не проводится, и если из-за плохой практики, эти температуры достигаются при нагреве сталей для ковки, прокатки и т. д., затем из-за сильного перегрева и обгорания стали превращаются в лом.

2. Эвтектическая реакция:

Эвтектическая инвариантная реакция в общем случае может быть представлена ​​уравнением:

Где L представляет собой жидкость эвтектического состава, а S 1 и S 2 представляют собой два разных твердых вещества фиксированного состава каждое. Рис. 1.24 иллюстрирует эвтектическую область диаграммы Fe-Fe 3 C.

Инвариантная эвтектическая реакция в Fe-Fe 3 C-диаграмма определяется по формуле:

Фе-4.Сплав 3% C называется эвтектическим чугуном, так как это сплав с самой низкой температурой плавления, который представляет собой однофазную жидкость (100%) с 4,3% углерода при температуре эвтектики, только что достигнутой 1147 ° C и полностью подвергающейся эвтектической реакции при этой постоянной эвтектической температуре. чтобы получить смесь двух различных твердых веществ, а именно аустенита (с = 2,11%) и цементита, затвердевающих одновременно. Эта эвтектическая смесь называется ледебурит. Правило рычага используется для расчета количества аустенита и цементита в эвтектическом сплаве сразу после эвтектической реакции, т.е.е. чуть ниже 1147 ° C (также в ледебурите).

Поскольку сплавы Fe-C с содержанием углерода более 2,11% классифицируются как чугуны, сплавы Fe-C с содержанием углерода от 2,11 до 4,3% называются доэвтектическими чугунами, тогда как сплавы с содержанием углерода от 4,3% до 6,67% называются заэвтектическим литьем. утюги. Сплав Fe с 4,3% углерода называется эвтектическим чугуном. Доэвтектический чугун, скажем, с содержанием углерода 3,3%, начинает затвердевать при охлаждении из расплавленного состояния (рис. 1.24) в точке H, и первым зародышевым твердым веществом является аустенит состава, указанного в точке I.

По мере охлаждения затвердевает все больше аустенита, называемого проэвтектическим аустенитом. Проэвтектический аустенит – это аустенит, образованный из жидкого сплава до того, как произойдет эвтектическая реакция с оставшейся жидкостью в сплаве. В течение этого периода состав затвердевшего аустенита изменяется по линии IQ и жидкости по линии HC до тех пор, пока при только что достигнутой температуре эвтектики (1147 ° C) твердый аустенит имеет 2,11% углерода (точка Q) и жидкость имеет углерод 4.3%. Правило рычага используется для расчета количества этих фаз в данный момент (QC – это связующая линия).

Эта жидкость в количестве 54,34 мас.% Имеет состав Fe-4,3% углерода и находится при температуре эвтектики, 1147 ° C, и, таким образом, происходит эвтектическая реакция, т.е. 54,34 мас.% Жидкости превращается в 54,34 мас.% Смеси, состоящей из аустенит (с = 2,11%) и цементит, который, как было сказано ранее, называется ледебурит в количестве 54,34 мас.% (масса жидкости = массе ледебурита).

Это можно проверить с помощью правила рычага при температуре немного ниже 1147 ° C. Помните, что теперь соединительная линия должна продолжаться плечом, заканчивающимся на границе раздела фаз, соответствующем аустениту, т. Е. Q, а другой конец плеча рычага простирается до состава 100% эвтектической смеси, т. Е. Точки C с точкой опоры в составе сплава. , т.е. 3,3% C, таким образом,

Что соответствует результатам в уравнениях 1.14 и 1.15.

Заэвтектический чугун, скажем, с углеродом 5.0%, при охлаждении из расплавленного состояния начинает затвердевать в точке M (рис. 1.24), и первое твердое вещество, которое образуется, представляет собой цементит с фиксированным углеродом 6,67%. По мере того, как охлаждение продолжается с образованием большего количества цементита до температуры до 1147 ° C, весь цементит, затвердевший до 1147 ° C (температура эвтектики), называется первичным цементитом или проэвтектическим цементитом.

Количество фаз в настоящее время составляет:

Эта жидкость затем подвергается эвтектической реакции с образованием смеси аустенита и цементита, называемой ледебуритом, количество которой составляет 70.47%.

На рис. 1.24 горизонтальная линия QCR обозначает эвтектическую реакцию, то есть всякий раз, когда сплав при охлаждении из расплавленного состояния пересекает эту линию, эвтектическая реакция должна иметь место на этой линии (т.е. при 1147 ° C).

Любое количество жидкости, которое присутствует при достижении этой линии, имеет состав Fe-4,3% углерода и теперь должно затвердеть в очень тонкую однородную смесь цементита и аустенита (c = 2,11%), называемую ледебуритом. Таким образом, сплавы Fe-C с углеродом в пределах 2.От 11% до 6,67% подвергаются эвтектической реакции при температуре эвтектики 1147 ° C.

Поскольку аустенит в обычных сплавах нестабилен при комнатной температуре, ледебурит обычно не проявляется в микроструктуре. Во-первых, поскольку растворимость углерода в твердом состоянии в аустените снижается с максимумов 2,11% при 1147 ° C до 0,77% при 727 ° C, дополнительный углерод выделяется в виде вторичного цементита до тех пор, пока растворенный углерод не достигнет 0,77% в аустените при температуре 727 ° C, а затем по эвтектоидной реакции превращается в перлит.Ледебурит, в котором аустенит преобразован в перлит, называется преобразованным ледебуритом.

3. Эвтектоидная реакция:

Реакция, инвариантная к эвтектоидам, является твердотельной версией эвтектической реакции и, как правило, может быть представлена ​​уравнением:

, где S 1 , S 2 и S 3 – три разных твердых вещества, каждое из которых имеет фиксированный состав. На рис. 1.25 показана эвтектоидная область диаграммы Fe-Fe 3 C.

Инвариантная эвтектоидная реакция в Fe-Fe 3 C-диаграмма определяется уравнением:

, то есть во время охлаждения аустенит с 0,77% C при постоянной эвтектоидной температуре 727 ° C подвергается эвтектоидному превращению с образованием смеси феррита (e = 0,02%) и цементита, т.е. есть чередующиеся ламели феррита и цементита. Эту эвтектоидную смесь феррита и цементита называют перлитом из-за его жемчужного вида под оптическим микроскопом.Сплав Fe-0,77% C называется эвтектоидной сталью, поскольку этот сплав полностью затвердевает в виде однофазного аустенита (c = 77%) в точке K (рис. 1.23) и остается как есть при охлаждении до температуры эвтектоида, 727 ° C (рис. 1.25), а затем происходит эвтектоидная реакция с образованием 100% перлита (рис. 1.25).

Дано количество феррита (0,02% C) и цементита в этом перлите при температуре немного ниже эвтектоидной, 727 ° C:

Соотношение весовых% этих двух фаз составляет 8: 1.Плотность феррита и цементита составляет 7,87 г / см 3 и 7,70 г / см 3 соответственно, что вполне сопоставимо. Таким образом, объемные% s феррита и цементита в перлите также находятся примерно в соотношении 8: 1. Таким образом, пластинка феррита в 8 раз толще пластинки цементита. При травлении ниталом (разбавленным раствором азотной кислоты в спирте) обе фазы травятся и выглядят белыми под микроскопом, но границы вытравливаются черным.

Поскольку две границы цементитной пластины расположены близко друг к другу, они не могут быть разделены как отдельные линии, и поэтому цементит часто появляется как одна темная линия.При большем увеличении, как в крупном перлите, границы цементита могут отображаться отдельными линиями.

Стали с содержанием углерода от 0,02% до 0,77% называются доэвтектоидными сталями. Например, сталь Fe-0,4% C представляет собой 100% твердый аустенит при температуре, скажем, 1000 ° C, и никаких изменений не происходит до тех пор, пока она не охладится до точки N (рис. 1.25), где феррит зарождается на границах зерен аустенита. При более низкой температуре схематическая микроструктура, представленная на рис. 1.25, состоит из феррита и аустенита.

При охлаждении этого сплава до эвтектоидной температуры количество фаз составляет:

Эти 50,67% аустенита (0,77%) при эвтектоидной температуре должны пройти эвтектоидную реакцию с образованием очень тонкой смеси феррита и цементита, называемой перлитом в количестве 50,67%. Таким образом, углеродистая сталь 0,4% содержит примерно 50% перлита и 50% феррита. Этот феррит называется проэвтектоидным ферритом или свободным ферритом.

Стали с содержанием углерода от 0.От 77% до 2,11% называются заэвтектоидными сталями. Сталь с содержанием углерода 1,2% представляет собой аустенит при охлаждении до точки w (рис. 1.25), но по мере дальнейшего падения температуры и из-за того, что растворимость углерода в аустените в твердом состоянии с понижением температуры уменьшается, углерод выделяется в виде осадков вторичного цементита, который чаще называют доэвтектоидным цементитом, особенно в заэвтектоидных сталях. Количество фаз в стали с содержанием углерода 1,2% при только что достигнутой эвтектоидной температуре (до того, как произойдет эвтектоидная реакция): (Проэвтектоидный цементит образуется на границах зерен аустенита в виде сетки),

Это 92.71% аустенита (0,77% C) теперь при эвтектоидной температуре должен подвергнуться эвтектоидной реакции с образованием тонкой смеси феррита и цементита, называемой перлитом, в количестве 92,71%. Таким образом, углеродистая сталь на 1,2% ниже температуры эвтектоида содержит 7,29% доэвтектоидного цементита и 92,71% перлита.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *