Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите процессы кристаллизации и превращений в твердом…
Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите процессы кристаллизации и превращений в твердом состоянии для сплава, содержащего 2,2 % С, напишите для этих процессов фазовые реакции с указанием составов реагирующих фаз и температурных интервалов превращений, изобразите схему кривой охлаждения заданного сплава и обоснуйте ее вид с применением правила фаз. Какова структура этого, сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Для сплава, содержащего 2,2 % углерода, мы можем проанализировать его поведение в соответствии с диаграммой состояния железо-карбид железа (Fe-C). Основные структурные составляющие на диаграмме состояния:
- α-железо (феррит) - это обжатая кубическая структура (BCC) с низким содержанием углерода.
- γ-железо (аустенит) - это гранецентрированная кубическая структура (FCC) с более высоким содержанием углерода.
- Fe₃C (цементит) - это интерметаллид с фиксированным составом 6,67 % углерода, который имеет орторогональную структуру и является твердым.
Процессы кристаллизации и превращений
Для сплава с 2,2 % C (это важная настаивающая точка, так как она относится к межфазной реакции, где начинается образовываться цементит):
Кристаллизация при охлаждении:
- При температуре 1147 °C (линия ликвидус) жидкость начинает превращаться в аустенит (γ-Fe).
- При 1000 °C начинается процесс выделения цементита (Fe₃C) как недоминирующей фазы.
Преобразование в твердом состоянии:
- При дальнейшем охлаждении (примерно до 727 °C – линия солидус), аустенит начинает преобразовываться в смесь феррита (стабильная фаза) и цементита.
- При 727 °C происходит перитектическая реакция: \[ \text{L} + \text{Fe}_3\text{C} \rightarrow \gamma-\text{Fe} \quad (0,76\% \, C) \]
- Дальнейшее охлаждение ведет к образованию структуры перита из α-фазы и вторичного цементита.
Фазовые реакции и температурные интервалы превращений
Важные фазовые реакции для сплава с 2,2 % C:
При охлаждении от 1147 °C до 727 °C:
- \(\text{L} \rightarrow \gamma - \text{Fe}\) (с 100 % до 2,2% C)
При 727 °C:
- \(\text{Fe}_3\text{C} + \text{γ-Fe} \leftrightarrow \text{α-Fe} + \text{Fe}_3\text{C}\) (перитекис)
Схема кривой охлаждения
Кривая охлаждения будет показывать постепенное снижение температуры от 1147 °C до 727 °C. Сначала наблюдаем горизонтальную область (плато) при кристаллизации аустенита, затем начало выделения цементита и переход в окончательную структуру. Наблюдается обратимый характер, как показывают фазы в соответствии с правилом фаз: количество фаз в системе можно определить с использованием уравнения Гиббса.
Структура при комнатной температуре
При комнатной температуре структура сплава с 2,2 % C будет состоять из смеси ферритной и цементитной фаз. Основной фазой будет быть феррит, а цементит будет присутствовать в виде дисперсных частиц.
Название сплава
Такой сплав называется перлит, поскольку он содержит равное количество феррита и цементита, представляя собой характерную структуру для стали с содержанием углерода около 2,2 %.
Факты и текстуры, полученные в процессе, объясняют механизмы и структурные преобразования, которые имеют важное значение для понимания термодинамических и кинетических аспектов ферритных и аустенитных сплавов.
