2 какой температуре соответствует точка a диаграммы

Как определить состав фаз и их количественное соотношение при разных температурах и составах сплавов в двухфазной области диаграммы состояния двухкомпонентной системы?

В любой точке диаграммы равновесия, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить концентрацию и количество обеих фаз. Этому служит правило отрезков или правило рычага. Первое положение правило отрезков: чтобы определить концентрацию компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают состав фаз. Для примера рассмотрим сплав Х при температуре t1 на диаграмме 1 рода (рис. 2.6). Рис 2.6 Диаграмма состояния I рода

(с применением к ней правила отрезков) Следовательно, для сплава Х при температуре t1 составы фаз определяются проекциями соответствующих точек. Состав жидкой фазы будет соответствовать точке В, а твердой фазы – точке С1. Второе положение правила отрезков: для того чтобы определить количественное соотношение фаз при данной температуре, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз. Для сплава Х при температуре t1 это соотношение будет

Отсюда количество жидкой фазы в процентах будет тогда т.е. при температуре t1 сплав Х будет состоять из 66,7% кристаллов компонента В и 33,3% жидкого раствора компонентов А и В. По правилу отрезков подобным же образом можно определить объем эвтектики и объем кристаллов В после затвердевания.

Для сплава Х Правило отрезков применимо для всех двухфазных областей любых диаграмм состояний.

9. Какова связь между типом диаграммы и свойствами сплавов (правило Курнакова)?

Правило Курнакова – в областях где сплавы имеют структуру твердого раствора, свойства изменяются по закону кривой линии, а где смеси твердых растворов, свойства изменятся по закону прямой линии. Как известно, вид диаграммы состояния зависит от того, какие фазы образуют оба компонента. Свойства сплава также зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава. Поэтому очевидно, что между видом диаграммы состояния и свойствами сплава должна существовать определенная связь. На рис. приведены четыре основных типа диаграмм состояний и соответствующие им закономерности изменения свойств сплава с изменением концентрации :

1. При образовании смесей Свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно). Следовательно, значени свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

2. При образовании твердых растворовсвойств сплава изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, в первую очередь электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. Следовательно, при образовании механической смеси электросопротивление повышается незначительно, при образовании твердого раствора — весьма сильно. Поэтому распад твердого раствора на две (или более) фазы приводит к повышению электропроводности (закон Курнакова).

3. При образовании ограниченных твердых растворов) свойства в интервале концентраций, отвечающем однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному, а в двухфазной области диаграммы — по прямолинейному закону, причем крайние точки на прямой являются свойствами чистых фаз, предельно насыщенных твердых растворов, образующих данную смесь.

4. При образовании химического соединения на диаграмме концентрация — Свойства концентрация химического соединения отвечает максимуму (или минимуму) на кривой (в данном случае перелом прямой). Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению, называется сингулярной (особой) точкой. По диаграмме состав—свойства находим стехиометрическое соотношение компонентов данного химического соединения определяя, какой концентрации отвечает сингулярная точка.

Точное изучение свойств в зависимости от изменения концентраций (т. е. построение диаграммы состав—свойства) является важным дополнением при изучении и построении диаграмм состояний.

Метод изучения изменений свойств в зависимости от изменения состава и построения диаграммы состав — Свойства был положен Н. С. Курнаковым в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов. В настоящее время физико-химический анализ является одним из основных методов изучения сплавов и его широко применяют в научных исследованиях новых сплавов при изучении структурных превращений и в других случаях.

Читайте также:  Температура воздуха для розы

Источник

Основные точки диаграммы железо-углерод

Характеристика основных точек и линий диаграммы железо-углерод

Все точки диаграммы железо-углерод имеют определенный физический смысл и общепризнанные в мировой практике буквенные обозна­чения. Знание основных свойств и характеристик этих точек облегчает пониманиедиаграммы и ее практическое использование. Ниже приведе­ны краткие характеристики точек и линий диаграммы.

А – точка, соответствующая плавлению – кристаллизации чистого железа. Температура, отвечающая этой точке 1539 °С. Число сте­пеней свободы в этой точке равно нулю. На термических кривых для чистого железа температуре точки А соответствуют горизонтальные площадки, которые возникают за счет выделения скрытой теплоты крис­таллизации. Переход из твердого в жидкое состояние, соответствую­щий точке А, сопровождается резким увеличением объема (около 6%), связанным с нарушением дальнего порядка в кристаллическом строении d-железа. При кристаллизации чистого железа в этой точке наблю­даются обратные явления.

В – точка предельного насыщения железом жидкого раствора, на­ходящегося в равновесии одновременно с кристаллами d- и g-твердых растворов при перитектической температуре. Точке В соответствует содержание углерода в жидкости 0,51%, температура 1496 °С.

С – эвтектическая точка в метастабильной системе Fe – Fe3C. Температура 1147 °C, концентрация углерода, соответствующая точке С – 4,3% – это содержание углерода в жидком растворе, находящемся в равновесии одновременно с аустенитом и цементитом при эвтектичес­ком превращении. Число степеней свободы, соответствующее этой точке, равно нулю. На термических кривых охлаждения и нагрева точке С со­ответствуют горизонтальные площадки, аналогичные площадкам плавле­ния – кристаллизации чистого железа.

С¢ – эвтектическая точка в стабильной системе железо-графит. Температура, соответствующая точке 1153 °С, концентрация углерода – 4,25%–это содержание углерода в жидкости, находящейся в равнове­сии с аустенитом и графитом при эвтектической кристаллизации. Как и в точке С, в данной точке система нонвариантна.

D – согласно принятым обозначениям точку D относят к температу­ре плавления цементита. Однако известные данные свидетельствуют о том, что цементит представляет собой термодинамически неустойчи­вую фазу, в связи с чем, перед плавлением он разлагается на железо и графит. При этом положение точки D на диаграмме оказывается не­определенным.

– точка, соответствующая температуре плавления графита (около 4000°С).

Е – точка, отвечающая предельному содержанию углерода в аусте­ните, находящемся в равновесии с цементитом и жидкостью при эвтек­тической температуре (1147 °С) в метастабилъной системе. Значение содержания углерода 2,14%. Точка Е на концентрационной оси диа­граммы является своеобразной границей между сталями и чугунами. При содержании углерода в сплавах меньше 2,14% в их структуре отсутствует ледебурит; при содержании углерода более 2,14% ледебурит присутствует в структуре сплавов. Это – важнейшая структурная составляющая чугунов.

Е¢ – точка, отвечающая предельному содержанию углерода в аустените, находящемся в равновесии с графитом и жидким раствором при эвтектической температуре (1153 °С) в стабильной системе. Значение содержания углерода, соответствующего этой точке, равно 2,03 %.

F – точка предельного насыщения цементита железом при эвтекти­ческой температуре (1147°С). Значение концентрации углерода, соот­ветствующее точке F, практически близко к 6,67%, хотя последние работы показывают наличие некоторой весьма малой растворимости железа в цементите.

– точка предельного насыщения графита железом при эвтекти­ческой температуре (1153 °С).

Н – точка предельного насыщения углеродом d-феррита при тем­пературе перитектического превращения. Температура, соответствую­щая этой точке 1496 °С, концентрация углерода 0,10%, что Это соответствует концентрации d-феррита, находящегося в равновесии с аустенитом и жидкостью при температуре перитектики.

I – перитектическая точка, точка трехфазного равновесия, соот­ветствующая равновесной концентрации аустенита, образующегося по перитектичеокой реакции в изотермических условиях из жидкости сос­тава точки В и d-феррита состава точки Н. Температура, в точке I, равна 1496 °С, концентрация углерода 0,16%.

К – точка предельного насыщения железом цементита при эвтектоидной температуре 727°С. Точке практически соответствует кон­центрация 6,67% углерода.

К¢ – точка предельного насыщения железом графита при эвтектоидной температуре (738°С).

М– точка Кюри чистого железа. Температура этой точки 770 °С. Точка соответствует потере ферромагнетизма a-железа при нагреве и восстановлению его ферромагнетизма при охлаждении.

N – точка полиморфного превращения d Û g вчистом железе. Температура превращения 1392 °С. Точка N для чистого железа соответствует критической точке А4. В этой точке система нонвариантна.

Читайте также:  Температура у собаки что можно сделать в домашних условиях

О – точка наибольшей растворимости углерода в аустените, нахо­дящемся в контакте с немагнитным ферритом при температуре 770 °С. Содержание углерода в аустените в этой точке примерно равно 0,5%.

Р – точка предельного содержания углерода в феррите, находя­щемся в равновесии с цементитом и аустенитом при эвтектоидной температуре (727°С). Значение содержания углерода для этой точки 0,02%. Точка Р на концентрационной оси диаграммы отделяет техни­ческое железо от стали. В сталях (содержание углерода выше 0,02%) в качестве структурной составляющей содержится перлит. В техничес­ком железе (содержание углерода не более 0,02%) перлит отсутствует.

S – эвтектоидная точка в метастабильной системе. Температура, соответствующая этой точке, 727 °С, содержание углерода 0,8%.Это содержание углерода в аустените, находящемся в равновесии c ферритом и цементитом при эвтектоидной реакции. Число степеней свободы, как и для других трехфазных реакций в данной системе, равно нулю.

Q –точка предельной растворимости углерода в феррите (зна­чение 0,006% при комнатной температуре). Увеличение концентрации углерода в феррите до значений более 0,006% приводит к изменению фазового состава и в первую очередь к появлению в структуре тре­тичного феррита.

Источник

Критические точки сталей (точки Чернова)

Открытие Д. К. Черновым в 1886 г. критических точек стали послужило фундаментом для создания науки о металлах и построения диаграммы железоуглеродистых сплавов. Важнейшее значение работ Чернова – установление связи между обработкой стали, ее структурой и свойствами. Это обеспечило возможность назначения режимов термической обработки сталей.

Критические точки сталей обозначают буквой А с индексом, указывающему, какому процессу соответствует критическая точка: нагреву – индекс «с», охлаждению – «r». Кроме того, каждая точка имеет постоянный номер, который соответствует определенной температуре (линии диаграммы).

Для определения критических точек сталей рассмотрим «стальную часть» диаграммы на рис. 24. Сечение I здесь соответствует доэвтектоидной стали (С

Затем сечение пересекает линию PSK, температура – 727°С, критическая точка Ас1 – превращение перлита в аустенит (начало перекристаллизации). Далее сечение пересекает линию МО, температура – 768°С, точка Ас2 – превращение железа-альфа в немагнитное бета-железо, сталь становится немагнитной. Дальнейшее повышение температуры приводит к пересечению линии GS – точка Ас3, сталь переходит в однофазное аустенитное состояние (конец перекристаллизации).

Температура точки Ас3 зависит от содержания углерода в стали, поскольку линия диаграммы GS наклонная.

При охлаждении номера точек не меняются. В точке Аr3 (линия GS) начнется перекристаллизация стали, в точке Аr2 (768°С) бета-железо переходит в магнитное альфа-железо, в точке Аr1 (727°С) аустенит переходит в перлит и заканчивается перекристаллизация стали, а в точке Ar цементит становится магнитным. Следовательно, доэвтектоидные стали имеют критические точки А, А1, А2 и А3.

У заэвтектоидных сталей С > 0,8 % (сечение II на рис. 24). При температуре 210°С в точке Ас цементит теряет магнитные свойства. Дальнейший нагрев вызывает превращение перлита в аустенит в точке Ас1, температура – 727°С (начало перекристаллизации). Затем сечение пересекает линию диаграммы ES. На этой линии перекристаллизация заканчивается и происходит переход стали в однофазное аустенитное состояние. Точка на линии ES номера не имеет, она обозначается буквой m (Асm). Температура этой точки зависит от содержания углерода в стали. Следовательно, заэвтектоидные стали имеют три критические точки: А, А1 и Аm.

Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что эвтектоидные стали (углерода 0,8 %) будут иметь две критические точки: А и А1 (см. рис. 24).

Как указывал Д. К. Чернов, важнейшими значениями температуры (критическими точками) стали будут А1, А3 и Аm. От температуры нагрева до указанных значений зависят фазовый состав, структура, а следовательно, и свойства стали.

Итак, при охлаждении на линии AC (см. рис. 22) из жидкого раствора начинают выделяться кристаллы твердого раствора углерода в гамма-железе – аустенита. По линии CD из жидкого раствора начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Под этой линией в области CDF все сплавы будут двухфазными: жидкий раствор и кристаллы цементита первичного. В точке С диаграммы (1147°С), соответствующей концентрации 4,3 % углерода, где линии АС и CD пересекаются, происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита первичного с образованием мелкой смеси их кристаллов – эвтектики. Эвтектика в железоуглеродистых сплавах называется ледебуритом.

Точка С диаграммы – эвтектическая, а линия ECF, проходящая через эту точку, – эвтектическая прямая, и в каждой точке этой прямой сплавы заканчивают первичную кристаллизацию образованием эвтектики. Сплавы с содержанием углерода более 2,14 %, в которых при первичной кристаллизации образуется эвтектика (ледебурит), называют чугунами. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми. В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита.

Читайте также:  Как быстро начинают действовать антибиотики при высокой температуре у детей

Чугуны, содержащие менее 4,3 % углерода, называются доэвтектическими, 4,3 % – эвтектическими, более 4,3 % – заэвтектическими.

Доэвтектические чугуны имеют в избытке гамма-железо, которое, растворяя углерод, образует аустенит (рис. 25, а). Поэтому в первую очередь в них образуются его кристаллы. Так будет до тех пор, пока жидкий сплав не приобретет эвтектический состав (4,3 % углерода); после этого он кристаллизуется на линии ЕС диаграммы состояния, образуя ледебурит. После окончания первичной кристаллизации эти сплавы состоят из кристаллов аустенита, окруженных эвтектикой, – ледебуритом.

У эвтектического чугуна, как у чистого металла кристаллизация начинается и заканчивается в точке С при постоянной и самой низкой для всех сплавов температуре – 1147°С. Его структура – мелкая смесь кристаллов аустенита и цементита – ледебурит.

Заэвтектические чугуны в избытке имеют углерод, который способствует образованию, в первую очередь, кристаллов цементита первичного. За счет выделения углерода состав жидкого сплава изменяется, и когда в нем останется 4,3 % углерода, он закончит кристаллизацию на линии СF при температуре 1147°C образованием ледебурита, структура его будет состоять из кристаллов цементита первичного и ледебурита (рис. 25, б).

Рис. 25. Микроструктура белых чугунов (´ 500):

а – доэвтектический; б – заэвтектический

При охлаждении белых чугунов после окончания процесса кристаллизации в них будут происходить структурные и фазовые изменения. В доэвтектических чугунах в интервале температур от 1147 до 727°C вследствие понижения растворимости углерода от 2,14 до 0,8 % из аустенита будет выделяться цементит вторичный. На линии PSK при температуре 727°C произойдет эвтектоидное превращение аустенита в перлит и ледебурит будет состоять из перлита и цементита. Следовательно, структура этих чугунов будет перлит, цементит вторичный и ледебурит (см. рис. 25, а).

В эвтектических и заэвтектических чугунах в процессе охлаждения после первичной кристаллизации будет происходить только эвтектоидное аустенито-перлитное превращение на линии PSK при температуре 727°C. Входящий в структуру этих чугунов ледебурит также будет состоять из перлита и цементита (см. рис. 25, б).

Классификация и маркировка углеродистых сталей и чугунов

— по диаграмме состояний – доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтекто-идные;

— по структуре – феррит + перлит, перлит, перлит + цементит вто­ричный;

— по способу выплавки – выплавленные в конверторах (конверторные), мартеновских и электрических печах (мартеновские и электростали);

— по содержанию углерода – низкоуглеродистые (менее 0,3 %), среднеуглеродистые (0,3 – 0,7 %) и высокоуглеродистые (0,7 % и более);

— по степени раскисления и характеру затвердевания – спокойные (сп), полуспокойные (пс), кипящие (кп). Кипящие стали содержат минимальное ко­личество кремния (не более 0,07 %), дешевы, хорошо поддаются холодной листовой штамповке, но по сравнению со спокойными имеют высокий порог хладноломкости, и их нельзя использовать для изготовления ответственных конструкций в условиях Сибири и Се­вера. Порог хладноломкости – отрицательная температура, при которой металл переходит в хрупкое состояние;

— по качеству – обыкновенного качества, качественные и высококачест­венные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Основными показателями для их разделения служат нормы содержания вредных примесей – серы и фосфора;

— по назначению – конструкционные и инструментальные. Конструкци­онные стали предназначены для изготовления металлоконструкций, деталей машин и должны обладать высокой конструктивной прочностью (определен­ным комплексом механических свойств), иметь хорошие технологические свой­ства.

Обычно они содержат не более 0,6 – 0,7 % углерода и имеют ферритно-перлитную структуру, т. е. являются сталями доэвтектоидными. Инструмен­тальные стали, содержащие не менее 0,7 % углерода, должны обладать высокой твердо­стью, прочностью и износостойкостью, предназначены для изготовления инст­рументов. Это стали эвтектоидные и заэвтектоидные, их структура – перлит или перлит и цементит вторичный.

Источник

Поделиться с друзьями
Лечение простудных заболеваний
Adblock
detector