Реферат: Кристаллизация сталей и твердофазные превращения в сталях Выделение аустенита феррита цементита

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

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

Алчевск 2009

1. Кристаллизация в сталях

Рисунок 1. Участок диаграммы состояния железо – карбид железа

Характерные точки диаграммы:

B(1499ºС) ─ 0,51% С

H(1499ºС) ─ 0,1% С

I(1499ºС) ─ 0,16% С

Пять групп сталей при кристаллизации:

Iгр. – от 0 до 0,1%С (до т.H)

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

IIIгр.– 0,16%C(т. J)

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

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

Рассмотрим ряд характерных сплавов:

Сплав I

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

При t2─ количество и размер фазовых и концентрационных флуктуаций увеличивается, и немного ниже t2начинается процесс кристаллизации. Линия АВ ─ линия насыщения жидкого сплава δ-Ферритом. Состав жидкости описывается линией ликвидус, а δ-Ф по линии солидус.

При t3жидкая фаза имеет состав т. б, а δ-Ф ─ состав т. а.

При t4кристаллизация заканчивается, ниже этой температуры существует только δ-Ф, вплоть до температуры t5.

Ниже t5δ-Ф пересыщается />–Fe(Аустенитом) и происходит его выделение.

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

Количественное соотношение фаз:

δ-Фв= />

Аг=/>

Ниже точки 7 существует только аустенит.

Сплав II

Точка 1, 2, 3 ─ аналогично сплаву l.

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

δ-Фн+ Жв/>АJ+ δ-Фн (остаточный или избыточный)

При дальнейшем охлаждении ниже t4остаточный δ-Фост.кристаллизируется в аустенит (А).

Ниже т. 5 существует только аустенит.

Сплав III

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

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

δ-Фн+ Жв/>АJ(100%),

--PAGE_BREAK--

происходит полное превращение без сохранения избыточных фаз.

Сплав IV

Точки 1, 2, 3 ─ аналогично сплаву I─III.

При температуре т. 4 происходит перитектическое превращение:

δ-Фн+ Жв/>АJ+ Жост.

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

Сплав V

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

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

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

Ниже т. 4 существует только аустенит.

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

Аустенит представляет собой однородный твердый раствор внедрения углерода в />–Fe.

Рисунок 2. Микроструктура аустенита

2. Твердофазные превращения в сталях

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

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

Сплавы Feс С ─ 0,81% С ─ эвтектоидная сталь.

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

Рисунок 3. Участок диаграммы состояния железо – карбид железа

Рассмотрим ряд характерных сплавов:

Сплав I(технически чистое железо).

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

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

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

Количественное соотношение фаз:

Аа =/>,

Фб =/>,

(при расчете в домашнем задании 3аи 3бнеобходимо измерять линейкой, а затем рассчитывать).

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

В точке 4 превращение А />заканчивается. При t5существует только феррит. Линия PQ─ линия изменения растворимости С в Феррите.

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

/>/>

Рисунок 4. Микроструктура технически чистого железа

При комнатной температуре:

ЦIII= />(maxЦIII=0,29%)

ФQ=/>

(ЦIII─ более 0,17% С не брать.)

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

Точки 1 и 2 аналогично сплаву I. При t3размер и количество фазовых и концентрационных флуктуаций становится критическим и появляется возможность перекристаллизации А в Ф.

Количественное соотношение фаз:

Аy=/>,

ФZ= />.

продолжение
--PAGE_BREAK--

При охлаждении состав Аустенита изменяется по линии y─ S, состав Ф по линии z─ P. Содержание углерода в Аустените возрастает, а его количество уменьшается.

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

При t4:

Фр=/>,

Аs= />.

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

/>Аs/>Фр + Ц ─ эвтектоид,

перлит

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

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

/>/>

Рисунок 5. Микроструктура доэвтектоидной стали

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

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

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

Подсчитаем количество фазовых составляющих при t5для сплава с 0,3% С.

т.Q= 0,006% С.

т.L= 6,67% С.

Канода QL─ 100%:

ФQ= />,

ЦL=/>.

Структура:

Ф =/>П =/>

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

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

Точка 1 ─ равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

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

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

/>AS/>Ф+Ц

перлит

Т.о., сплав IIIбудет иметь одну структурную составляющую ─ Перлит.

Рисунок 6. Микроструктура эвтектоидной стали

Определим при температуре t4количественное соотношение фазовых составляющих:

ФQ= />,

ЦL=/>.

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

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

При t1имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

продолжение
--PAGE_BREAK--

При t2размер и количество фазовых и концентрационных флуктуаций цементита увеличивается.