Лекция №5 Диаграмма состояния железо-цементит

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 графита со
слоистой гексагональной решеткой и метастабильной кубической
модификацией алмаза.
Фазы формирующиеся при взаимодействии железа и
углерода:
а
атом железа
атом углерода
б
в
Кристаллические решетки:
а – феррита; б – аустенита;
в – цементита
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.
Диаграмма состояния железо-цементит
Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C.
Линия АСD – ликвидус системы, линия AECF – солидус.
На линии АС начинается 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
превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита
первичного. Эвтектика системы железо–цементит
называется ледебурит (Л)
Ж (4,3 % С)  А + ЦI = Л
По линии GS начинается превращение аустенита в феррит,
обусловленное полиморфным превращением железа.
По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается.
По линии ES начинается выделение цементита вторичного из
аустенита, обусловленное снижением предельной растворимости
углерода в аустените при понижении температуры.
Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C.
По линии PSK (линия эвтектоидного превращения) при
постоянной температуре 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 линии PQ начинается выделение цементита третичного из
феррита, так как уменьшается растворимость углерода в
феррите при снижении температуры.
Строение стали на
диаграмме Fe–Fe3C.
Технически чистое
железо
< 0,01 % С
Доэвтектоидная
сталь
0,2 % С
Доэвтектоидная
сталь
0,4 % С
Эвтектоидная
сталь 0,8 % С
Заэвтектоидная
сталь >0,8 % С
Технически
чистое
железо
< 0,01 % С
Доэвтектоидная
сталь
0,2 % С
Заэвтектический
белый чугун
> 4,3 % С
Эвтектический
белый чугун
4,3 % С
Строение чугунов на
диаграмме Fe–Fe3C
Доэвтектический
белый чугун
< 4,3 % С
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 %).
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.
Превращения в сплавах системы Al-CuAl2
Линия ABC на диаграмме представляет собой линию ликвидуса,
а линия ADBKC является линией солидуса. Горизонтальный
участок линии солидуса DBK является эвтектической линией.
На линии AB начинается, а на линии АD заканчивается
кристаллизация -твердый раствора.
На линии BC начинается, а на линии СК заканчивается
кристаллизация CuAl2.
Превращения в сплавах системы Al-CuAl2
На линии DBK (линия эвтектического превращения), при
постоянной температуре 548ºС из переохлажденного расплава c
содержанием 33,8% меди образуется эвтектика.
Эвтектика этих сплавов представляет собой особую
механическую смесь чередующихся мельчайших кристаллов твердого раствора и металлического соединения CuAl2.
Линия DE показывает переменную по температуре
растворимость меди в алюминии и является линией предельной
растворимости меди в алюминии. Ниже линии DE по границам и
внутри зерен -твердого раствора выделяются вторичные зерна
CuAl2.
Линия КМ является линией предельной растворимости
алюминия в интерметаллиде CuAl2.
Строение сплавов на диаграмме Al-CuAl2
Микроструктуры сплавов алюминия с медью
0,2% Cu
14% Cu
33,8% Cu
40% Cu