Линия ликвидус – линия начала кристаллизации.

Линия, ограничивающая область полностью кристаллизовавшегося сплава от остальной области на диаграмме состояний, называется линией солидус.

Линия солидус – линия конца кристаллизации.

Вид диаграммы зависит от того, какой тип сплава образуется при кристаллизации – механическая смесь, твердый раствор или химическое соединение. По этому признаку сплавы делят на группы, каждая из которых имеет типичную диаграмму состояния (I, II, III и IV рода).

В лабораторной работе построены диаграмма состояния I рода для механических смесей (на примере сплава свинец – сурьма) и диаграмма состояния II рода для неограниченных твердых растворов (на примере сплава медь – никель).

 

 

Рис.2. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы структур

сплавов системы Pb – Sb.

 

 

Рис. 6.3. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы

структур сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

 

 

Вопросы для самопроверки по разделу 3

«Теория сплавов»:

1. Перечислить типы взаимодействия компонентов в сплавах.

2. Какому типу взаимодействия компонентов характерна кристаллизация при постоянной температуре?

3. Понятие эвтектики. Как обозначается эвтектика?

4. Как обозначаются твердые растворы?

5. Типы твердых растворов.

6. Как обозначаются химические соединения?

7. Структура какого типа взаимодействия компонентов является однофазной?

8. Структура какого типа взаимодействия компонентов является двухфазной?

9. Что можно определить по диаграмме состояния сплавов?

10. В каких координатах строятся диаграммы состояния сплавов?

11. В каких координатах строятся кривые охлаждения?

12. Что обозначает линия ликвидус?

13. Что обозначает линия солидус?

 

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

 

Железо в твердом состоянии может находиться в двух модификациях:

- с ОЦК решеткой ниже 911°С устойчиво α –железо (обозначается Fe_α).

- с ГЦК решеткой в интервале температур 911-1392°С устойчиво γ-железо (обозначается Fe_γ).

К железоуглеродистым сплавам относятся стали и чугуны.

Сталь – сплав железа с углеродом при содержании углерода не более 2,14%.

Чугун – сплав железа с углеродом при содержании углерода от 2,14% до 6,67%.

Максимальное содержание углерода в железоуглеродистых сплавах составляет 6,67%.

При взаимодействии в твердом состоянии железо и углерод могут образовывать различные структурные составляющие.

В структуре сталей могут образовываться следующие составляющие: феррит, аустенит, цементит, перлит.

Аустенит - твердый раствор углерода в γ-Fe. Образуется из жидкости при первичной кристаллизации. Может присутствовать в структуре сталей только при высоких температурах (выше 727^оС). Максимальное содержание углерода в аустените 2,14% при 1147 ^оС. Аустенит имеет невысокую прочность и твердость и достаточно пластичен. Является однородной однофазной структурой. Обозначается буквой А. Формула аустенита Fe_γ (С).

Феррит – твердый раствор углерода в α-Fe. Образуется из аустенита при вторичной кристаллизации. Растворимость углерода в α-Fe при комнатной температуре равна 0,006%. Максимальное содержание углерода в феррите 0,02% при 727^оС. Феррит является самой мягкой структурной составляющей. Имеет незначительную прочность и твердость, но высокую пластичность. В структуре проявляется в виде зерен правильной округлой формы. Является однородной однофазной структурой. Может присутствовать в структуре при комнатной температуре. Обозначается буквой Ф. Формула феррита Fe_α (С).

Цементит – химическое соединение железа и углерода. Формула цементита Fe₃C. В цементите содержится 6,67% углерода. Образуется из аустенита при вторичной кристаллизации. Температура плавления цементита около 1240 -1250 ^оС. Цементит имеет очень высокую твердость, но обладает при этом высокой хрупкостью и практически нулевой пластичностью. Цементит является самой твердой структурной составляющей. Имеет пластинчатое строение. Является однофазной структурой. В сталях может образовываться только цементит вторичный. Обозначается буквой Ц _II.

Перлит – механическая смесь феррита и цементита вторичного. Образуется из аустенита при температуре 727^оС. Называется эвтектоидом (аналогично эвтектике, но образуется из твердой фазы). Перлит содержит 0,8% углерода. Является двухфазной структурой. Имеет пластинчатое строение (чередование пластин феррита и цементита). Может присутствовать в структуре при температурах ниже 727^оС, вплоть до комнатной. Является основной структурной составляющей сталей. Есть в структуре всех сталей независимо от содержания углерода. Обозначается буквой П. Формула перлита

(Fe_α (С) + Fe₃C).

В структуре чугунов могут образовываться следующие структурные составляющие: аустенит (также как и в сталях образуется из жидкости при первичной кристаллизации), перлит (также как и в сталях образуется из аустенита при 727^оС и может присутствовать при комнатной температуре), цементит первичный (то же, что и в сталях, но образуется из жидкости при первичной кристаллизации, обозначается Ц _I), ледебурит.

Ледебурит – механическая смесь аустенита и цементита первичного. Образуется из жидкости при первичной кристаллизации при температуре 1147 ^оС. Содержит 4,3% углерода. Является эвтектикой. Может присутствовать в структуре при температурах выше 727^оС. Является двухфазной структурой. Обозначается буквой Л.

Ледебурит превращенный – механическая смесь перлита и цементита. Образуется из ледебурита первичного в результате превращения аустенита в перлит (в составе ледебурита) при температуре 727^оС. Содержит также 4,3% углерода, является также эвтектикой и двухфазной структурой. Может присутствовать в структуре при температурах ниже 727^оС. Обозначается буквой Лпр.

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

В состав углеродистых сталей входят основные компоненты – железо и углерод и небольшое количество примесей.

Углерод оказывает значительное влияние на свойства стали. Увеличение содержания углерода в стали приводит к повышениюпрочности, твердости и понижению пластичности, что связано с изменением структуры стали, а именно: с увеличением содержания углерода в стали увеличивается количество цементита в структуре (самой твердой составляющей) и уменьшается количество феррита (самой мягкой составляющей).