• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

ДІАГРАМА СТАНУ Fe-C.

Мета роботи: вивчення мікроструктури та властивостей залізовуглецевих сплавів.

Прилади та обладнання: зразки сплавів Fe-C, мікроскоп МИМ-7.

Теоретична частина

Компоненти системи залізо-вуглець.

Залізо – поліморфний метал. До 911⁰ С воно існує у вигляді α -модифікації, що має кубічну об’ємноцентровану решітку (рис. 1, а). Вище 911⁰ С α – модифікація переходить в γ- модифікацію із кубічною гранецентрованою решіткою (рис.1,б), стійкою до 1399⁰С. Вище 1399⁰ С знову стійка кубічна об’ємноцентрована решітка (Fe-δ) (див. рис. 1,а), що зберігається до температури плавлення заліза 1536⁰С. Вище цієї температури залізо перебуває в рідкому стані .

Вуглець також поліморфний і зустрічається в природі у вигляді алмаза й графіту. Алмазна модифікація вуглецю в залізовуглецевих сплавах виявляється лише при великих тисках. Кристалічна решітка алмаза надана на рис. 2, б.

Графіт, що кристалізується в залізовуглецевих сплавах, має шарувату будову (рис. 2, а). У кожному шарі між атомами діють сильні ковалентні зв'язки. Діючі між шарами поляризаційні зв'язки слабкі, і тому шари легко зміщуються один щодо одного.

В останні десятиріччя 20 століття було передбачено (1985 р.), а потім і штучно отримано (1990 р.) ще один агрегатний стан вуглецю – фуллерени, які отримали свою назву за ім’ям американського архітектора, винахідника «геодезичного купола» Бакмінстера Фуллера. Молекула фуллерена складається з 60 атомів вуглецю, зчеплених між собою в полу сферу діаметром біля 1 нм, яка нагадує футбольний м’яч (рис. 3). В подальшому були відкриті і інші форми молекул-фуллеренів: «цибулини», сфероїди, трубки та ін. Вважають, що фуллерени можуть грати суттєву роль при структуроутворенні в високовуглецевих сплавах заліза.

Для вивчення структурних складових залізовуглецевих сплавів розглянемо діаграму стану Fe-C (рис. 4.). Особливість діаграми пов'язана з існуванням двох форм вуглецю - графіту (стабільна фаза ) і хімічної сполуки Fe₃C- цементиту (метастабільна фаза ).

а) б)

Рис 1. а- кубічна об’ємноцентрована решітка a- і d- модифікацій заліза ; б - кубічна гранецентрована решітка g- модифікації заліза.

а) б)

Рис2. Просторове впакування графіту (а) і алмазу (б)

Рис. 3. Молекула бакмінстерфуллерена С₆₀.

Сплав, який містить до 0,006% вуглецю є однофазним і має структуру фериту. Ферит - твердий розчин проникнення вуглецю в δ-Fe ( високотемпературний δ-ферит ) або в α-Fe ( низькотемпературний α -ферит ). При кімнатній температурі розчинність вуглецю в α -фериті дорівнює 0,006%, що обумовлює його властивості: низьку твердість ( 60-90НВ ) і міцність ( σ_м= 200-250 МПа ), та високу пластичність ( δ= 60-75%).

Сплави, які містять при кімнатній температурі більше 0,02% вуглецю мають структуру перліту ( Ф+ Ц евтектоїду). Перліт складається з феритної матриці (Ф), у якій розташовані пластинки цементиту (Ц). Кількість перліту збільшується пропорційно збільшенню вмісту вуглецю, одночасно підвищуються механічні властивості сплаву ( 160-230НВ, σ_м= 650-900 МПа, δ=16%).

Цементит - хімічна сполука, карбід заліза Fe₃C ( твердість 750-820НВ, міцність - до 30 МПа ). Особливість цементиту полягає в його метастабільності: при нагріві Fe₃C розкладається на залізо і графіт, що використовується при виробництві ковкого чавуну.

Графіт - модифікація вуглецю. Графіт у залізовуглецевих сплавах майже чистий вуглець, а його властивості - дуже низка твердість і міцність, він може гасити вібрацію, що використовується при застосуванні чавунів.

Рис.4. Діаграма стану системи Fe-C.

При температурі вище 727ºC у структурі Fe-C сплавів з'являється нова фаза. Аустеніт - твердий розчин проникнення вуглецю в γ-Fe ( назву одержано за ім'ям Робертса Аустена ). Легування ( хромонікелеві, марганцевисті сталі ) може призводити до стабілізації аустеніту при кімнатній температурі. Аустеніт (А), як і ферит (Ф), дуже пластична фаза, але має більшу твердість ( 160-200 НВ).

Координати точок діаграми Fe-C наведені в таблиці 1.

Залізовуглецеві сплави з концентрацією вуглецю менше 2,14% називають сталями. За структурою сталі поділяють на доевтектоїдні (ферито-перлітні, від 0,03 до 0,8%С ), евтектоїдні ( перлітні, 0,8%С ), заевтектоїдні ( перліто-цементитні, від 0,8 до 2,14%С ). Мікроструктура сталі з різним вмістом вуглецю наведена на рис.5.

Найбільш важливі точки перетворень в сталі називають критичними точками. Ці точки позначають літерою «А», біля якої ставлять індекс «с» (процес нагріву) або «r» (процес охолодження), за якими йде цифрове позначення критичної точки ( див. таблицю 2).

Сплави з концентрацією вуглецю більше 2,14% називають чавунами. Чавуни поділяються на білі ( при твердінні яких виділяється цементит- Ц ), сірі ( при твердінні яких виділяється графіт - Г) і половинчасті (Ц+Г). Білі чавуни поділяються на доевтектичні (С < 4,3 %), евтектичні (4,3%С), заевтектичні (С > 4,3%).

У структурі білих чавунів виникає евтектика, яка одержала назву ледебурит ( за ім'ям Альфреда Ледебура ). При температурі менше 727ºC структура складається з перліту та цементиту (П+Ц), від 727 ºC до евтектичної температури 1147 ºC - з аустеніту та цементиту (А+Ц).

Таблиця1

Координати основних точок діаграми Fe-C

Рис.5. Мікроструктура сталі: а) доевтектоїдна (ферит (світле поле) + перліт(темне поле)), б) евтектоїдна (пластинчастий перліт), в) заевтектоїдна (цементит (світле поле) + перліт), г) евтектоїдна (зернистий перліт), х250.

Таблиця 2

Критичні точки сталі

а) б) в)

Рис.6. Мікроструктури білого чавуну: а) заевтектичного ( цементит первинний Ц_I (пластини) + ледебурит Л (світле поле)), б) доевтектичного

( перліт П (темне поле) + ледебурит Л + цементит вторинний Ц_II ),

в) евтектичного ( ледебурит Л ), х200.

Порядок виконання роботи:

Завдання 1.

1. Підготувати зразки.

2. За допомогою мікроскопа ознайомитись з мікроструктурою.

3. Замалювати мікроструктури в лабораторному зошиті.

4. Скласти звіт.

Завдання 2.

1. Проаналізувати структурні перетворення за метастабільною діаграмою стану Fe-C. Сплав задається викладачем.

2. Проаналізувати мікроструктуру та властивості заданого сплаву.

3. За правилом важеля визначити співвідношення фаз при заданій викладачем температурі.

4. Скласти звіт.

Дайте відповіді на запитання:

1. Що таке білі чавуни, на які групи їх поділяють за діаграмою Fe-C?

2. Охарактеризувати однофазні структури Fe-C сплавів.

3. Що таке сталі, на які групи їх поділяють за діаграмою Fe-C?

4. Охарактеризувати двохфазні структури Fe-C сплавів.

5. Що таке критичні точки, як їх позначають?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7.

Переглядів: 2672

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.