Ориентировочное определение механических свойств

Свойства сплава с заданным содержанием углерода определяются по соотношению структур, рассчитанных с помощью правила отрезков. Механические свойства могут быть определены количественно с помощью графиков, приведенных на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость свойств углеродистой стали от содержания углерода.

 

ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Методом термического анализа

 

Приборы и принадлежности: трубчатая печь, регулирующий трансформатор, термометры ХА, набор образцов, измерительные приборы типа КСП для замера и записи температур (рис. 4).

 

Рис. 4. Схема установки для термического анализа: 1 - трансформатор; 2 - трубчатая печь; 3 - измерительные приборы; 4 - образцы металла; 5 - термометры.

 

ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ с применением

Правила фаз гиббса

 

На диаграмме железо-углерод мысленно проводится вертикальная линия, и определяются температуры структурных и фазовых превращений.

Для построения кривой охлаждения какого-либо сплава нужно определить является ли эта температура температурой фазового превращения. Следовательно, для каждой температуры нужно посчитать число степеней свободы і. Если і = 0, то эта температура является температурой фазового превращения и на кривой охлаждения при этой температуре следует рисовать горизонтальное плато. Длина плато зависит от массы сплава и от концентрации углерода. Если і ≠ 0, значит это температура структурного превращения и на кривой охлаждения должен наблюдаться перегиб, т.е. при этой температуре меняется скорость охлаждения.

Например, построим кривую охлаждения для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода 1%.

Мысленная вертикальная линия пересекает диаграмму железо-углерод в 4 местах: при температурах Т₁ =1480 , Т₂ =1330 , Т₃ =820 , Т₄ =727 .

Для каждой температуры посчитаем число степеней свободы і. Из правила фаз Гиббса і=k-f+1. Число компонент к = 2 (железо, углерод), 1 - число внешних воздействий (температура). Следовательно, для каждой температуры нужно посчитать число фаз f, которые находятся в равновесии при этой температуре.

При Т₁ в равновесии находятся жидкость и аустенит, который начал кристаллизоваться. Следовательно f= 2, і= 2-2+1=1 и на кривой охлаждения будет перегиб.

При Т₂ в равновесии находятся аустенит и оставшаяся жидкость. Следовательно f= 2, і= 2-2+1=1 и на кривой охлаждения будет перегиб.

При Т₃ в равновесии находятся аустенит и вторичный цементит, который начал выделяться при вторичной кристсллизации. Следовательно f= 2, і= 2-2+1=1 и на кривой охлаждения будет перегиб.

При Т₄ в равновесии находятся аустенит и вторичный цементит, а также перлит (механическая смесь феррита и цементита), который перекристаллизовывается из оставшегося аустенита. Следовательно f= 3, і= 2-3+1=0 и на кривой охлаждения будет горизонтальное плато.

Теоретическая кривая охлаждения будет выглядеть следующим образом:

Рис. 5. Кривая охлаждения железоуглеродистого сплава с содержанием углерода 1%.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

· Зарисовать в тетради часть диаграммы железо-углерод, соответствующая варианту задания (таблица).

· Провести вертикальную линию на диаграмме при заданной концентрации углерода.

· Определить температуры структурного или фазового превращения сплава.

· Для каждой температуры посчитать число степеней свободы і.

· Построить кривую охлаждения данного сплава.

 

Вариант	Содержание углерода, %	Температуры, ^оС.
	0,5	1000-25
	0,8	1700 - 25
		1000-25
		1150-25
		1700-1000
	4,3	1700-25
	5,5	1700-1000
	6,67	1700-1000
	2,5	1000-25
		1000-25
	0,1	1700-1000
	0,12	1700-1000
	0,16	1700-1000
	0,01	1700-1000
	0,03	1700-1000
		1000-25
	4,5	1000-25
		1000-25
		1000-25
	0,02	1000-25

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Что представляет собой диаграмма железо-углерод?

2. Что называется фазой и компонентом системы?

3. Приведите математическую формулировку правила фаз и закона Гиббса.

4. Назовите основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

5. Перечислите основные операции при выполнении термического анализа.

6. Что называется критической точкой диаграммы?

7. В чем сущность перитектического, эвтектического и эвтектоидного превращений?

8. Укажите порядок расчета фаз и структур при использовании правила отрезков.

9. Как зависят механические свойства углеродистой стали от изменения содержания углерода?

10. Как должны отличаться практическая и теоретическая кривые охлаждения?

Контрольный тест

№ зада-ния	Наименование задания
	Привести в соответствие название структурной составляющей железоуглеродистых сплавов с ее определением:
А.Низкотемпературный феррит	A. Твердый раствор внедрения углерода в α-железо
В.Цементит	B. Механическая эвтектоидная смесь феррита и цементита
С.Перлит	C. Механическая эвтектическая смесь аустенита и цементита
D.Ледебурит	D. Химическое соединение Fe3C
E.Аустенит	T. Твердый раствор внедрения углерода в δ-железо
F. Твердый раствор внедрения углерода в γ-железо
	Привести в соответствие наименование фазового превращения диаграммы железо-углерод с его температурой (в ^0С):
А. Температура плавления железа	A. 911
В. Температура эвтектического превращения	B. 1539
С. Температура перитектического превращения	C. 1499
D. Температура плавления цементита	D. 1130
E. Температура эвтектоидного превращения	E. 1600
F. 727
	Привести в соответствие критическую точку диаграммы железо-углерод с ее концентрацией:
А. P	A. 0,1%
В. E	B. 0,006%
С. S	C. 0,8%
D. F	D. 6,67%
E. Q	E. 2,14%