Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава,

8 октября 2025
Материаловедение

Условие:

Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,8% С. Для заданного сплава при температуре 1250°С определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.

Решение:

Для решения данной задачи, давайте последовательно разберем все этапы.

Шаг 1: Построение диаграммы состояния железо-цементит

Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fe₃C) представляет собой систему, состоящую из двух основных фаз: α-железо (феррит) и γ-железо (аустенит), а также карбида железа (цементита, Fe₃C).

1. Области диаграммы:
- Область α (феррит): до 0,76% углерода, температура до 912°C.
- Область γ (аустенит): от 0,76% до 2,14% углерода, температура до 1394°C.
- Обл...: от 1394°C до 1538°C. - : присутствует в области выше 2,14% углерода. 2. : - При 5,8% углерода в сплаве, мы находимся в области, где присутствует цементит и аустенит. - При нагревании сплава с 0 до 727°C происходит превращение феррита в аустенит. - При температуре 727°C начинается образование цементита. - При температуре 1147°C происходит полное превращение аустенита в цементит и оставшийся аустенит. Кривая нагревания для сплава с 5,8% углерода будет выглядеть следующим образом: 1. : Нагревание феррита. 2. : Начало превращения в аустенит. 3. : Нагревание аустенита. 4. : Начало образования цементита. 5. : Нагревание аустенита и цементита. 6. : Нагревание до температуры плавления. При температуре 1250°C сплав с 5,8% углерода будет находиться в области аустенита и цементита. 1. : - Аустенит (γ): содержит около 1,2% углерода. - Цементит (Fe₃C): содержит 6,7% углерода. 2. : - Для определения количественного соотношения фаз используем правило фаз (правило Гиббса): P + F = C + 1 где P — число фаз, F — число степеней свободы, C — число компонентов. В нашем случае: - P = 2 (аустенит и цементит) - C = 1 (углерод) Подставляем в уравнение: 2 + F = 1 + 1 ⇒ F = 0 Это означает, что система находится в равновесии, и состав фаз можно определить по линиям равновесия. Для определения количественного соотношения фаз можно использовать правило смешивания: C{γ} · V{Fe₃C} · V где C{γ} = 1,2\%, C = 6,7\%. Решая систему уравнений, можно найти V{Fe₃C}. Таким образом, мы построили диаграмму состояния, описали превращения, построили кривую нагревания и определили состав фаз и их соотношение для сплава с 5,8% углерода при температуре 1250°C.