Вычертите диаграмму состояния «железо – карбид железа»

Предмет: Материаловедение
Раздел: Диаграммы состояния сплавов

Решение:

Диаграмма состояния "железо – карбид железа" (Fe-Fe₃C) описывает фазовые превращения в системе железо-углерод. Она используется для анализа структуры сталей и чугунов в зависимости от содержания углерода и температуры.

Построение диаграммы состояния Fe-Fe₃C:

1. Основные точки и линии диаграммы:

   • Линия ликвидуса: показывает температуру начала кристаллизации из жидкого состояния.
   • Линия солидуса: показывает температуру окончания кристаллизации.
   • Линия перлитной реакции (A₁): температура эвтектоидного превращения (727 °C).
   • Линия эвтектической реакции (A₂): температура эвтектического превращения (1147 °C).
   • Линия δ-железа: область существования феррита δ.
   • Линия γ-железа: область существования аустенита.

2. Фазы и структуры:

   • Жидкость (L): расплав железо-углеродного сплава.
   • Феррит (α): твердый раствор углерода в железе с ОЦК решеткой.
   • Аустенит (γ): твердый раствор углерода в железе с ГЦК решеткой.
   • Цементит (Fe₃C): химическое соединение углерода с железом.
   • Перлит: эвтектоидная смесь феррита и цементита.
   • Ледебурит: эвтектическая смесь аустенита и цементита.

3. Ключевые точки:

   • Эвтектоидная точка: [0,8 % углерода, 727 °C].
   • Эвтектическая точка: [4,3 % углерода, 1147 °C].

Построение кривой охлаждения:

Для сплава с содержанием 3,3 % углерода:

1. Температура начала кристаллизации определяется по линии ликвидуса.
2. При охлаждении ниже линии солидуса формируется ледебурит.
3. При дальнейшем охлаждении (ниже 727 °C) ледебурит распадается на феррит и цементит.

Структура при комнатной температуре:

Для сплава с 3,3 % углерода структура будет представлена ледебуритом, состоящим из цементита и феррита.

Примерная диаграмма состояния Fe-Fe₃C:

Диаграмма состоит из областей:

• Жидкость.
• Жидкость + аустенит.
• Аустенит.
• Аустенит + цементит.
• Перлит.
• Ледебурит.

(Для точного построения диаграммы состояния можно использовать специализированные программы или графические редакторы.)

Применение правила фаз Гиббса:

Для определения количества фаз и их состава в сплаве при данной температуре используется правило фаз Гиббса:

 F = C - P + 2 

где:

• F — число степеней свободы,
• C — число компонентов,
• P — число фаз.

Если требуется более детальное построение диаграммы или анализ, уточните вопрос!