Лекция №5 Диаграмма состояния железо-цементит Компоненты:

1. Лекция №5 Диаграмма состояния железо-цементит Компоненты: Железо(Тпл =1539 ºС) имеет две полиморфные модификации: -железо с ОЦК решеткой (а = 0,286 нм), существующее до 911 ºС и выше 1392 ºС, и -железо с ГЦК решеткой (а = 0,365 нм), существующее в интервале 911–1392 ºС. До температуры 768 ºС (точка Кюри) железо ферромагнитное. Железо технической чистоты обладает малой твердостью (80 НВ) и прочностью (В = 250 МПа), но высокой пластичностью ( = 50 %). Углерод– неметалл, существует в виде модификации графитасо слоистой гексагональной решеткой и метастабильной кубической модификацией алмаза.

2. Фазы формирующиеся при взаимодействии железа и углерода: атом железа атом углерода б а Феррит (Ф) – твердый раствор углерода в -железе с максимальной растворимостью 0,02 % при 727ºС и минимальной растворимостью 0,006 % при комнатной температуре. Феррит мягок (130 НВ, В = 300 МПа) и пластичен ( = 30 %). Аустенит (А) – твердый раствор углерода в -железе имеет минимальную растворимость углерода 0,8 % при 727ºС, максимальную – 2,14 % при 1147ºС. Аустенит прочнее феррита (200–250 НВ), пластичен ( = 40–50 %) Цементит (Ц) – химическое соединение железа с 6,69 % углерода (карбид железа Fe3C), имеет ромбическую решетку. Температура плавления 1252ºС. Твердость – 800 НВ. Цементит – метастабильная фаза: при нагреве до 1200ºС разлагается на железо и углерод. в Кристаллические решетки: а – феррита; б – аустенита; в – цементита

3. Диаграмма состояния железо-цементит

4. Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C. Линия АСD– ликвидус системы, линия AECF – солидус. На линии АСначинается кристаллизация аустенита, на линии СD – кристаллизация цементита первичного. На линии АЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На линии ECF(линия эвтектического превращения), при постоянной температуре 1147ºС, идет эвтектическое превращение: расплав с содержанием 4,3 % углерода превращаетсяв эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного. Эвтектика системы железо–цементит называется ледебурит (Л) Ж (4,3 % С)  А + ЦI= Л По линииGS начинается превращение аустенита в феррит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается. Полинии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением предельной растворимости углерода в аустените при понижении температуры.

5. Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C. Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C. По линии PSK (линия эвтектоидного превращения) припостояннойтемпературе 727 ºС идет эвтектоидное превращение: аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного. Эвтектоид системы железо–цементит называется перлитом (П) А (0,8% С) Ф + ЦII = П Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования. При температуре ниже 727ºС аустенит входящий в состав эвтектической смеси ледебурита превращается в перлит: Л (727ºС) П + ЦI. По линииPQ начинается выделение цементита третичного из феррита, так как уменьшается растворимость углерода в феррите при снижении температуры.

6. Строение стали на диаграмме Fe–Fe3C. Технически чистое железо <0,01 % С Эвтектоидная сталь 0,8 % С Заэвтектоидная сталь >0,8 % С Доэвтектоидная сталь 0,2 % С Доэвтектоидная сталь 0,4 % С

7. Технически чистое железо <0,01 % С Строение чугунов на диаграмме Fe–Fe3C Доэвтектоидная сталь 0,2 % С Заэвтектический белый чугун >4,3 % С Доэвтектический белый чугун < 4,3 % С Эвтектический белый чугун 4,3 % С

8. Диаграмма состояния алюминий-медь Компоненты: Алюминий (Тпл = 660 ºС) имеет ГЦК решетку (а = 0,405 нм). Алюминий технической чистоты обладает малой твердостью (24-32 НВ) и высокой пластичностью ( = 35-50 % в зависимости от чистоты). Медь(Тпл =1083 ºС) имеет ГЦК решетку (а = 0,362 нм). Твердость меди составляет 45-47 НВ, прочность В = 200 МПа), пластичность  = 45 %).

9. Фазы на диаграмме состояния алюминий-медь: -твердый раствор замещения меди в алюминии с переменной концентрацией. При температуре 0 °С растворимость меди в алюминии равна 0,3 %, а при температуре эвтектики 548 °С она увеличивается до 5,6 %. Интерметаллид CuAl2. Алюминий и медь в соотношении 46:54 образуют стойкое химическое соединение CuAl2 с тетраганальной решеткой (а = 0,642 нм, с = 0,535 нм). Частицы интерметаллида CuAl2 твердые - 400 НВ.

10. Превращения в сплавах системы Al-CuAl2 Линия ABCна диаграмме представляет собой линию ликвидуса, а линияADBKC является линией солидуса. Горизонтальный участок линии солидуса DBKявляется эвтектической линией. На линии AB начинается, а на линии АD заканчивается кристаллизация -твердый раствора. На линии BCначинается, а на линии СК заканчивается кристаллизация CuAl2.

11. Превращения в сплавах системыAl-CuAl2 На линии DBK(линия эвтектического превращения), при постоянной температуре 548ºС из переохлажденного расплава c содержанием33,8% меди образуется эвтектика. Эвтектика этих сплавов представляет собой особую механическую смесь чередующихся мельчайших кристаллов - твердого раствора и металлического соединения CuAl2. Линия DEпоказывает переменную по температуре растворимость меди в алюминиии является линией предельной растворимости меди в алюминии. Ниже линии DEпо границам и внутри зерен-твердого раствора выделяются вторичные зерна CuAl2. Линия КМ является линией предельной растворимости алюминия в интерметаллиде CuAl2.

12. Строение сплавов на диаграмме Al-CuAl2 Микроструктуры сплавов алюминия с медью 0,2% Cu 14% Cu 33,8% Cu 40% Cu