Диаграмма состояния системы Fe–C

Диаграмма Fe–C дает представление о структуре железоуглеродистых сплавов (технического железа, стали, чугуна). Эта диаграмма, как правило, рассматривается на участке от 0 до 6,67 % мас. углерода (6,67 массовых или 25 атомных процента углерода содержит карбид железа Fe3C – цементит). Сплавы с более высоким содержанием С из-за хрупкости не применяются.

На рис. 11 приведен несколько упрощенный вариант данной диаграммы. Компонентами являются железо и углерод. Железо – серебристо-белый металл, в твердом состоянии может существовать в двух полиморфных модификациях: до 911 °С находится в виде a-Fe, выше 911 °С – в виде g-Fe. С углеродом железо образует твердые растворы внедрения. Углерод – неметалл, существует в двух основных модификациях: графит и алмаз. Фазами на диаграмме являются: железоуглеродистый расплав (ж); феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в a-железе, пластичен, имеет относительно низкую прочность и твердость; аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в g-железе, пластичен, имеет высокую вязкость и низкую прочность и твердость; цементит (Ц) – карбид железа Fe3C, обладает высокой твердостью и хрупкостью. Различают первичный цементит (выделяющийся из железоуглеродистого расплава – Ц I) и вторичный цементит (выделяющийся в ходе перитектической реакции разложения аустенита – Ц II). Важными структурными элементами диаграммы являются также перлит и ледебурит.

Диаграмма состояния системы Fe–C - №1 - открытая онлайн библиотека

Рис. 11. Упрощенная диаграмма состояния системы Fe–C

Перлит образуется при распаде аустенита при 727 °С. Он представляет собой эвтектоидную смесь мелкодисперсных кристаллов цементита и феррита, содержащую 0,8 % мас. углерода. Перлит обладает достаточно высокой твердостью и пластичностью.

Ледебуритом называется эвтектическая смесь, содержащая 4,3 % мас. углерода. В интервале температур 1147–727 °С ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита (на рис. 16 этот ледебурит обозначен Л), ниже 727 °С аустенит переходит в перлит. Ледебурит состоит из кристаллов перлита и цементита (Л*).

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,02 % называются техническим железом. Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 2,14 % называются сталями. Стали с содержанием углерода до 0,8 % называются доэвтектоидными, 0,8 – эвтектоидными, свыше 0,8 % – заэвтектоидными. Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67 % называются чугунами. Чугуны с содержанием углерода до 4,3 % называются доэвтектическими, 4,3 – эвтектическими, свыше 4,3 % – заэвтектическими. Отсутствие в структуре сталей хрупкой эвтектики делает их ковкими и пластичными. Наличие в структуре чугунов легкоплавкой эвтектики (ледебурит) повышает их литейные свойства, но делает чугун хрупким.

Диаграммы состояния некоторых металлических систем, имеющие практическое значение, представлены на рис. 12–18.

Диаграмма состояния системы Fe–C - №2 - открытая онлайн библиотека

Рис. 12. Диаграмма состояния системы Ag–Au

Диаграмма состояния системы Fe–C - №3 - открытая онлайн библиотека

Рис. 13. Диаграмма состояния системы Ag–Cu

Диаграмма состояния системы Fe–C - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис. 14. Диаграмма состояния системы Al–Si

Диаграмма состояния системы Fe–C - №5 - открытая онлайн библиотека

Рис. 15. Диаграмма состояния системы Bi–Cd

Диаграмма состояния системы Fe–C - №6 - открытая онлайн библиотека

Рис. 16. Упрощенная диаграмма состояния системы Cu–Mg

Диаграмма состояния системы Fe–C - №7 - открытая онлайн библиотека

Рис. 17. Диаграмма состояния системы Cu–Ni

Диаграмма состояния системы Fe–C - №8 - открытая онлайн библиотека

Рис. 18. Диаграмма состояния системы Mg–Pb

ЗАДАЧИ

15.1. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 80 % компонента А (рис. 7). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.2. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 1200 °C (рис. 11), если исходный расплав содержит 97 % мас. Fe, а его масса равна 100 г?

15.3. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 25 % компонента А (рис. 7). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.4. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 1160 °C (рис. 11), если исходный расплав содержит 94 % мас. Fe, а его масса равна 500 г?

15.5. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 80 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.6. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 1000 °C (рис. 12), если исходный расплав содержит 70 % мас. Ag, а его масса равна 1000 г?

15.7. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 60 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.8. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 800 °C (рис. 13), если исходный расплав содержит 65 % мас. Ag, а его масса равна 200 г?

15.9. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 850 °C (рис. 13), если исходный расплав содержит 30 % мас. Ag, а его масса равна 2000 г?

15.10. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 10 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.11. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 600 °C (рис. 14), если исходный расплав содержит 95 % мас. Al, а его масса равна 300 г?

15.12. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 800 °C (рис. 14), если исходный расплав содержит 40 % мас. Al, а его масса равна 100 г?

15.13. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 200 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 85 % мас. Bi, а его масса равна 200 г?

15.14. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 200 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 50 % мас. Bi, а его масса равна 500 г?

15.15. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 800 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 95 % мас. Cu, а его масса равна 5000 г?

15.16. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 530 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 85 % мас. Cu, а его масса равна 200 г?

15.17. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 540 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 50 % мас. Cu, а его масса равна 100 г?

15.18. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 500 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 10 % мас. Cu, а его масса равна 1000 г?

15.19. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 1200 °C (рис. 17), если исходный расплав содержит 70 % мас. Cu, а его масса равна 100 г?

15.20. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 550 °C (рис. 18), если исходный расплав содержит 70 % мас. Mg, а его масса равна 700 г?

15.21. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 60 % компонента А (рис. 9). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.22. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 500 °C (рис. 18), если исходный расплав содержит 50 % Mg, а его масса равна 1000 г?

15.23. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 90 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.24. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 400 °C (рис. 18), если исходный расплав содержит 15 % мас. Mg, а его масса равна 400 г?

15.25. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 70 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.26. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 10 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.27. Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 45 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.28. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 1300 °C (рис. 17), если исходный расплав содержит 40 % мас. Cu, а его масса равна 100 г?

15.29. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 250 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 95 % мас. Bi, а его масса равна 500 г?

15.30. Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 300 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 20 % мас. Bi, а его масса равна 400 г?