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:

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.

Кристаллические решетки:а – феррита; б – аустенита;

в – цементита

в

баатом железаатом углерода

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.

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.

Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C. Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C.

Эвтектоидная сталь 0,8 % С

Доэвтектоидная сталь

0,2 % С

Заэвтектоидная сталь >0,8 % С

Технически чистое железо

< 0,01 % С

Доэвтектоидная сталь

0,4 % С

Строение стали на диаграмме Fe–Fe3C.

Доэвтектоидная сталь

0,2 % С

Технически чистое железо

< 0,01 % С

Заэвтектический белый чугун

> 4,3 % С

Доэвтектический белый чугун

< 4,3 % С

Эвтектический белый чугун

4,3 % С

Строение чугунов на диаграмме Fe–Fe3C

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