Темір көміртекті қорытпалардың фазалары мен компоненттері туралы ақпарат

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

СӨЖ

Тақырыбы: Қорытпалар күйі диаграммасы. Темір көміртекті қорытпалардың фазалары мен компоненттері. Темір-цементит жүйесі күй диаграммасы

Орындаған: Тлеуханова Г

Топ: ХН-221

Тексерген: Тлеуғали Е. Т.

Семей

2015

Жоспар

1 Қорытпалар күйі диаграммасы.

2 Темір көміртекті қорытпалардың фазалары мен компоненттері

3 Темір-цементит жүйесі күй диаграммасы

4 Көміртекті темір қорытпаларының күй диаграммасы.

Пайдаланылған әдебиет

Күй диаграммасы дегеніміз қорытпа фазалық құрамының температура мен концентрацияға байланыстылығын сызып бейнелеу. Егер қорытпаның құрамы, температурасы (қысымы) өзгерсе, онда оның күйі де өзгереді. Осы өзгеріс күй диаграммасында бейнеленеді.

Күй диаграммасы тұрақты күйді, яғни берілген жағдайдағы Гиббс энергиясы аз күйді көрсеткендіктен, оны тепе-теңдік диаграммасы деп те атайды. Өйткені күй диаграммасы берілген жағдайдағы тепе-теңдіктегі фазаларды көрсетеді. Күй диаграммасы өте ақырын салқындату немесе өте ақырын қыздыру кезіндегі орын алатын фазалық түрленісті көрсетеді.

Екі компонентті қорытпа күйі диаграммасын салу тәсілі.

Күй диаграммасын салу тәсілдері екі топқа бөлінеді:

1) аналитикалық (есептік) ;

2) эксперименттік.

Екі компонентті қорытпа күйі диаграммасын салу үшін көбінесе термиялық талдау эксперименттік тәсілін қолданады. Температура - уақыт координатында салқындау қисықтарын салу арқылы металдың (қорытпаның) бір күйден екінші күйге түрлену температурасын анықтайды. Осы температура межелі (аумалы) нүкте деп аталынады. Зерттеліп отырған жүйенің көптеген қорытпасының межелі (аумалы) нүктелерін анықтап, температура - құрам координатында күй диаграммасын сызып салады.

Қорытпаның сұйық және қатты күйінде компоненттері шексіз еритін күйі диаграммасын салып көрейік. Температура - уақыт координатында А және В компонентінің салқындау қисықтарын салу арқылы (2. 4, а -сурет), олардың кристалдану температураларын (t _А , t _В ) анықтайды. Осы нүктелерді температура - құрам координатындағы таза компоненттердің құрамын көрсететін вертикаль сызықтарға (екі шеткі) көшіреді (2. 4, б-сурет) .

Содан кейін жүйенің көптеген қорытпасының салқындау қисығын салып, кристалдану үрдісінің басталу және аяқталу нүктелерін анықтап, оларды қорытпа құрамын көрсететін сызыққа көшіріп отырады (2. 4 -суретті қараңыз) .

Мысалы, құрамы 25%А+75%В болып келетін сұйық күйдегі І қорытпаның кристалдану үрдісінің басталу және аяқталу температураларын анықтап, оның салқындау қисығын салады. 2. 4, а-суреттен І қорытпаның кристалдану үрдісі t ₁ температурасында басталып, температурасында аяқталғанын көреміз. Міне, осы екі температураны 2. 4, б -суретіндегі І қорытпаның құрамын көрсететін вертикаль сызыққа көшіріп, салынатын диаграмманың тағы екі нүктесін табады.

2. 4-сурет - Компонеттері қатты күйде шексіз еритін қорытпа күйі диаграммасын салу

А, В компоненттері мен І қорытпаның салқындау қисықтарын салыстырсақ, металдың кристалдану үрдісі тұрақты бір температурада (t _А , t _В ) орын алса, қорытпаның кристалдануы екі температура аралығында (t ₁ -), температурасында басталып, температурасында аяқталатынын көреміз.

ІІ және ІІІ қорытпалардаң да кристалдану үрдісінің басталу және аяқталу температураларын анықтап, салқындау қисықтарын салып, межелі (аумалы) нүктелерді температура-құрам координатындағы қорытпалардың құрамын көрсететін вертикаль сызықтарға көшіреді (2. 4 -суретті қараңыз) .

А, В, 1, 2 және 3 нүктелері компоненттер мен қорытпалардың кристалдану үрдісі басталатын температуралар болғандықтан, оларды бір сызықпен қосады. Осы сызық бойында жатқан нүктелер кристалдану үрдісінің басталуын көрсетеді. Қорытпалардың сұйық күйден қатты күйге ауысуы басталатын нүктелердің геометриялық орны А123В сызығын ликвидус (ликва - сұйық деген латын сөзінен) сызығы деп атайды. Ликвидус сызығынан жоғары барлық қорытпа сұйық күйде болғандықтан, бұл жерді L әрпімен белгілейді.

А, В, 1 ^/ , 2 ^/ және 3 ^/ нүктелері компоненттер мен қорытпалардың кристалдану үрдісі аяқталатын температуралар болғандықтан, оларды бір сызықпен қосады. Қорытпалардың сұйық күйден қатты күйге ауысуы аяқталатын нүктелердің геометриялық орны А1 ^/ 2 ^/ 3 ^/ В сызығын солидус (солид - қатты деген латын сөзінен) сызығы деп атайды. Солидус сызығынан төмен барлық қорытпа қатты күйде болады.

Қорытпа компоненттері қатты күйде шексіз еритін болғандықтан қатты ерітінді түзіледі, оны α арқылы белгілейік. Ликвидус пен солидус сызықтарының аралығында қорытпалар екі фазадан тұрады (сұйық және қатты ерітінді) .

Қорытпа күйі диаграммасын салғанда термиялық әдістен басқа микроқұрылымдық, рентгендік, химиялық және т. б. әдістері де пайдалануға тура келеді.

Гиббс заңы немесе фаза ережесі. Қорытпа күйі диаграммасына Гиббс заңы немесе фаза ережесін қолданады. Фаза ережесінің математикалық түрі

С=К - Ф + 2, (2. 1)

мұндағы С - жүйенің еркіндік дәрежесі немесе варианттылығы;

К - жүйені құрайтын компонент саны;

Ф - тепе-теңдіктегі фаза саны;

2 - сыртқы фактор (температура, қысым) саны.

Қорытпаның сұйық және қатты күйінің фазалар тепе-теңдігіне қысымның әсері аз болғандықтан, өзгеретін сыртқы фактор біреу-ақ, ол - температура деп есептеледі. Сонда фаза ережесі СК - Ф + 1 деп жазылады.

Жүйенің еркіндік дәрежесі немесе варианттылығы деп тепе-теңдік жағдайдағы фаза санын өзгертпей, фактор (температура, қысым, концентрация) санын өзгертуді айтады.

Қорытпа күйі диаграммасын салуда салқындау қисықтарының дұрыстығын тексереді. Енді А компонентінің кристалдану үрдісінде жүйенің еркіндік дәрежесі қалай өзгереді, соны қарастырайық (2. 4, а -суретті қараңыз) . Компонент сұйық күйде болғанда СК - Ф + 11 - 1 + 11, жүйе варианттылығы бірге тең, яғни фаза санын (Ф1) өзгертпей, сыртқы фактор температураны өзгертуге болады. Кристалдану t _А нүктесінде басталғанда, Ф2 (сұйық және қатты фаза), С1 - 2 + 10, жүйе варианттылығы нөльге тең, яғни өзгертетін фактор жоқ немесе температура тұрақты. Екі фаза (сұйық пен қатты) тұрақты бір температурада (t _А ) тепе-теңдікте болады. Жүйенің тепе-теңдік жағдайы Ф1 болып, жүйе варианттылығы өзгергенше, тұрақты болып қала береді.

А компонентінің кристалдану үрдісі абсцисс өсіне параллель сызықша арқылы бейнеленген. Бұл температурада - уақыт координатасында компонент тұрақты t _А температурасында кристалданады деген сөз. Сонымен, фаза саны (Ф = 2) өзгерген жоқ, күй алмасу тұрақты бір температурада (С = 0) орын алды, онда t _А температурасы дұрыс анықталған дейміз. Ендеше диаграмманың А нүктесі дұрыс табылған.

ІІ қорытпаның кристалдану үрдісі t ₁ температурасында басталғанда, С = 2 - 2 + 1 = 1, Ф = 2. Қорытпаның осы күйі 2. 4, а -суретінде көлбеу сызық болып келтірілген. Температура - уақыт координатында бұл көлбеу сызық температураның t ₁ -ден -ке дейін белгілі бір уақыт ішінде төмендегенін көрсетеді, яғни фаза санын (Ф = 2) өзгертпей, сыртқы фактор температураны (С = 1) өзгерттік. Олай болса t ₁ нүктесі дұрыс анықталған. Осылайша қорытпа салқындау қисықтарын әрі қарай тексере береді.

Концентрация және иін ережесі. Қорытпаның кристалдану үрдісінде фазаның концентрациясы және мөлшері өзгереді. Ликвидус пен солидус сызықтарының арасында кез келген температурада қорытпа сұйық және қатты фазадан тұратыны белгілі. Осы фазалардың концентрациясы мен мөлшерін анықтау үшін концентрация және иін ережелері қолданылады.

Қорытпаның (ІІ) t _п температурасындағы фаза концентрациясы мен мөлшерін анықтау үшін горизонталь сызық (конода) жүргізеді. Коноданың ликвидус, солидус және қорытпа сызығымен қиылысу нүктелерін әріптермен (m, n, к) белгілейді (2. 4, б -суретті қараңыз) .

Концентрация ережесі бойынша сұйық фазаның концентрациясы ликвидус сызығы бойынша өзгеретіндіктен, t _п температурасында қорытпаның сұйық фазасының концентрациясы m нүктесінің проекциясы арқылы анықталады. Қатты фазаның концентрациясы коноданың солидуспен қиылысқан жері n нүктесінің проекциясымен анықталады.

Иін немесе кесінді ережесі бойынша қорытпа фазаларының (сұйық және қатты) қатынасы сәйкес иіндердің кері қатынасына тең

Қорытпа күйі диаграммаларының ішінде Fе-С күйі диаграммасының маңызы зор. Өйткені көміртекті темір қорытпалар техникада өте көп қолданыс тапқан.

Көміртекті темір қорытпалардың компоненті мен фазалары. Темірдің балқу температурасы 1539 ^о С. Темір-полиморфтік түрленетін элемент. Оның a жәнеg модификациясы бар. 911 ^о С-дан төмен және 1392 ^о С жоғары темірдің көлемді центрленген текше торы бар a модификациясы тұрақты. 1392-1539 ^о С аралығындағы модификацияны Fе _d деп те атайды. 911-1392 ^о С аралығында жақты центрленген торы бар Fе _g тұрақты. 768 ^о С-ға дейін темір магнитті. 768 ^о С Кюри нүктесі деп аталынады, бұл температурадан жоғары темір парамагнитті.

Көміртек-металл емес, полиморфтік түрленетін элемент. Оның модификациясы - графит пен алмаз.

Көміртекті темір қорытпалардың фазалары мыналар: сұйық қорытпа, феррит, аустенит, цементит және графит.

Көміртек пен басқа элементтердің a-темірдегі ену қатты ерітіндісін феррит деп атайды. Оның көлемді центрленген текше торы бар. Жоғары температуралық ферритте 1499 ^о С-да 0, 1 көміртек ериді, ал төменгі температуралық ферритте 727 ^о С-да - 0, 025%С. Бөлмелік температурада ферриттегі көміртек мөлшері 0, 006%-ға дейін азаяды. Феррит - коррозияға төзімсіз, магнитті келген, беріктігі төмен, жұмсақ фаза: s _в = 300 МПа, НВ 800 - 1000 МПа, d = 40%, y = 70%, КСU = 25 MДж/м ² .

Аустенит көміртек пен басқа элементтердің g - темірдегі ену қатты ерітіндісі. Оның жақты центрленген текше торында 1147 ^о С-да 2, 14% көміртек ериді, ал 727 ^о С-да - 0, 8%С. Аустенит магнитті емес, ферритке қарағанда коррозияға төзімділеу және беріктеу: s _в = 550 МПа, НВ 2000 МПа, d = 50%.

Темір мен көміртектің химиялық қосылысын - темір карбидін Fе ₃ С цементит деп атайды. Цементиттың күрделі ромбылық торы бар, көміртек мөлшері 6, 69 %. Цементиттың қаттылығы жоғары (HB 8000) және морт. Балқу температурасы ~ 1260 ^о C. Цементит метатұрақты фаза болғандықтан, жоғары көміртекті қорытпалардың тепе-теңдік жағдайында графит түзіледі.

Графит - көміртекті темір қорытпаларында жеке бөлініп шыққан көміртек. Оның гексагониалық торы бар. Графит жұмсақ, беріктігі төмен, химиялық төзімділігі жоғары фаза.

Көміртекті темір қорытпаларда екі жоғары көміртекті фаза - цементит пен графит болғандықтан, метатұрақты темір - цементит күйі диаграммасы және тұрақты темір-графит күйі диаграммасы болады.

Темір-цементит күйі диаграммасы. Бұл диаграмма (4. 1-сурет) көміртекті темір қорытпаларын (болат және шойын) өте баяу қыздыру немесе салқындату кезіндегі фазалық өзгерісті көрсетеді.

Диаграмманың А нүктесі темірдің балқу немесе кристалдану температурасын көрсетсе, N және G нүктелері оның полиморфтік түрлену a gтемператураларын көрсетеді.

Диаграмманың АВСД сызығы - ликвидус сызығы. Ликвидус сызығынан жоғары барлық қорытпа сұйық күйде болады.

Диаграмманың AHJECFД сызығы - солидус сызығы. Ликвидус пен солидус сызықтарының арасында қорытпалар екі фазалы (сұйық және қатты) . АВ сызығы сұйық қорытпадан ферриттің кристалдануын көрсетсе, ВС және СД сызығы сұйық фазадан аустенит пен бірінші реттік цементиттің кристалдануын көрсетеді.

Ликвидус сызығы барлық қорытпаның алғашқы кристалдану үрдісінің басталу нүктелерін көрсетсе, солидус сызығы аяқталуын көрсетеді.

Темір-цементит жүйесінде үш изотермиялық түрленіс бар:

1) перитектикалық;

2) эвтектикалық;

3) эвтектоидтық.

HJB сызығы - перитектикалық түрленіс сызығы

L _в + Ф _н а А _J . (4. 1)

Бұл реакция көміртек мөлшері 0, 1-0, 5% болып келген қорытпаларда ғана болады.

ECF сызығы - эвтектикалық түрленіс сызығы

L _c а A _E + Ц. (4. 2)

Қорытпаны салқындату кезінде 1147 ^о С-да сұйық фазадан бөлініп шыққан аустенит пен цементиттің эвтектикалық қоспасын ледебурит деп атайды. Көміртек мөлшері 2, 14%-дан жоғары келген барлық қорытпада бұл реакция орын алады.

Ледебуриттегі көміртек мөлшері 4, 3%. Оның қаттылық (НВ 6000 МПа), морттық және аққыштық қасиеттері жоғары.

PSK сызығында эвтектоидтық түрленіс болады

A _s а Ф _р + Ц. (4. 3)

Қорытпаны салқындату кезінде 727 ^о С-да аустенит феррит пен цементитке ыдырайды, құрылған эвтектоидты перлит деп атайды.

Перлитте 0, 8% көміртек бар. Перлит берік (s _B =800-900 МПа), айтарлықтай қатты (HB 1800-2000 МПа), пластикалық қасиеті орташа (d=16%, y=10%) .

Диаграмма нүктелерінің сипаттамасы 4. 1-кестеде келтірілген.

Көміртекті темір қорытпаларында темірдің полиморфтік түрленісінен қайыра кристалдану үрдісі орын алады. Сонымен қатар көміртектің феррит пен аустенитте ерігіштігі температураға байланысты өзгереді. Көміртек қатты ерітіндіден (феррит пен аустенит) цементит күйінде бөлініп шығады.

GS және ES сызықтары қорытпаның қайыра кристалдану үрдісінің басталуын көрсетеді. GS сызығы ферриттің аустениттен бөлініп шыға бастағанын, ES сызығы екінші реттік цементиттің аустениттен бөлініп шыға бастағанын көрсетеді.

GP сызығы аустениттің ферритке қайыра кристалдану үрдісінің аяқталу нүктелерін көрсетеді.

PQ сызығы үшінші реттік цементиттің ферриттен бөлініп шыға бастағанын көрсетеді.

Көміртекті темір қорытпалары екі топқа бөлінеді:

1) болат (көміртек мөлшері 0, 02-2, 14%) ;

2) шойын (көміртек мөлшері 2, 14-6, 69%) .

Көміртекті болаттың тепе-теңдік жағдайдағы құрылымы темір-цементит күйі диаграммасы бойынша анықталады (4. 1- суретті қараңыз) . Құрылымына қарай көміртекті болат үшке бөлінеді:

1) эвтектоидқа дейінгі (құрылымы феррит пен перлит; көміртек 0, 02-0, 8%) ;

2) эвтектоидты (құрылымы перлит; көміртек 0, 8%) ;

3) эвтектоидтан кейінгі (құрылымы перлит пен екінші реттік цементит; көміртек 0, 8-2, 14%) .

Темір - цементит күйі диаграммасы бойынша кристалданып, көміртек негізінен цементит түріндегі ақ шойын, құрылымы бойынша үшке бөлінеді:

1) эвтектикаға дейінгі (құрылымы перлит, цементит (екінші) және ледебурит; көміртек 2, 14-4, 3%) ;

2) эвтектикалы (құрылымы ледебурит; көміртек 4, 3%) ;

3) эвтектикадан кейінгі (құрылымы цементит (бірінші) және ледебурит; көміртек 4, 3-6, 69%) .

Көміртекті темір қорытпаларының күй диаграммасы.