Влияние скорости охлаждения на микроструктуру чугунов.

Стабильное и метастабильное равновесие в системе Fe-C.

1.1 Почему при обычных скоростях охлаждения расплавов Fe-C с малым содержанием углерода вместо графита появляется цементит?

Сплавы с малым содержанием углерода – стали. При охлаждении стали происходит полная кристаллизация сплава в твердую аустенитную фазу. Следовательно, графит, должен будет расти в твердой фазе. Из-за малых величин переохлаждения (от 738 до 723С) выигрыш свободной энергии не велик, на практике образование графита в твердой фазе возможно только при наличии затравки графита, как в серых чугунах. В твердой среде образование цементита более выгодно нежели графита, по причинам 2,3 вопроса 1.1.

1.4 Почему при 1000 ^оС содержание углерода в аустените при его равновесии с графитом меньше, чем при равновесии с цементитом?

Это связано с минимумом термодинамического потенциала в равновесии. Минимальное значение термодинамического потенциала в случае стабильного равновесия меньше, чем для метастабильного, поэтому различаются свободная энергия и содержание углерода в равновесии. смотрим на метастабильную диаграмму с предельным растворением углерода 2,03% (т Е’), а в стабильной диаграмме при равновесии с графитом предельная растворимость углерода = 2,06%

Превращения аустенита в сплавах Fe-C.

2.2 Почему феррит и цементит в перлите имеют пластинчатую форму?

Перлит – продукт эвтектоидного превращения. При эвтектоидном превращении самая выгодная форма (с точки зрения упругой энергии) для образующихся кристаллов – иглы или пластинки. Чем выше симметрия кристаллов, тем больше вероятность образования пластинчатых колоний.

Минимизация граничной энергии внутри перлитной колонии приводит к сопряжению пластин феррита и цементита кристаллографическими плоскостями с близким структурным и размерным соответствием: (101)ц и {112}ф или (001)ц и {125}ф.

2.3 Чем сорбит отличается от троостита?

Межпластинчатое расстояние перлита = 0,5…1мкм. При Vохл около 50 °С/мин образовавшийся эвтектоид имеет более тонкое строение (межпластиночное расстояние 0,2...0,4 мкм), и его называют сорбитом (С). Распад аустенита A при охлаждении стали со скоростью примерно 50 °С/с дает эвтектоид, строение которого неразличимо под световым микроскопом (межпластиночное расстояние 0,1 мкм). Строение такого эвтектоида – его называют трооститом (Т) – можно наблюдать с помощью электронного микроскопа. Твердость больше у троостита, у перлита - самая маленькая. Температура образования у троостита самая маленькая, у перлита - самая высокая.

2.4 Нарисовать график зависимости массовой доли перлита как структурной составляющей от содержания углерода для сплавов Fe-Fe₃C.

Перлит, как структурная составляющая присутствует только в сталях и серых чугунах. Массовая доля перлита в СЧ расчитывается так же как и в сталях, только при поправке на массовую долю свободного графита. В белых чугунах перлит как отдельная СС не присутствует. При 0,025%С m_{перлита}=0, при 0,8 m_{перлита}=1, при 2,06 m_{перлита}=(6,67-2,06)/(6,67-0,8)=0,79.

2.5 В углеродистой стали толщина пластины цементита внутри эвтектоида равна 0,15 мкм. Как называется эвтектоид – перлитом, сорбитом или трооститом?

Толщины пластинок в перлите находятся в постоянном соотношении – около Ф:Ц = 7,3:1. Соответственно толщина пластинок феррита в перлите Δ=7,3*0,15=1,095мкм. Это значение соответствует перлиту.

Эвтектическое превращение в белых, половинчатых и серых чугунах.

Cм таблицу

Влияние скорости охлаждения на микроструктуру чугунов.

4.1 Перечислите названия чугунов в порядке повышения скорости охлаждения.

- серый чугун на ферритной основе (графит образуется на всем протяжении охлаждения)

- серый чугун на ферритно-перлитной основе (при 738 эвтектоидная реакция успеет пройти только в той части аустенита, которая примыкает к графиту)

- серый чугун на перлитной основе (графит образуется только до 738С)

- серый чугун на перлитно-цементитной основе (Г образуется только при Т>1000С)

- половинчатый чугун (часть Ж успевает превратиться по стабильной, остальное по метастабильной)

- - белый чугун (все превращения по метметастабильной диаграмме)

4