презентация по материаловедению на тему " Диаграмма состояния железо-цементит"

• 1 слайд

  ГБПОУ БГТК
  Диаграмма состояния железо-цементит
  Выполнил:
  Преподаватель спецдисциплин Белебеевского гуманитарно-технического колледжа Ченцова Ольга Николаевна
  

• 2 слайд

• 3 слайд

  Диаграмма состояния Fe–Fe3C
  

• 4 слайд

  4
  Характеристика железа
  Fe –ферромагнитный переходный полиморфный металл, серебристо-светлого цвета с порядковым номером 26.
  Температура плавления чистого Fe 1539°С. Плотность при комнатной температуре 7,68 г/см3.
  Техническое Fe содержит не более 0,02 % С.
  

• 5 слайд

  5
  Характеристика углерода
  
  Углерод относится к неметаллам.
  Обладает полиморфным превращением,в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500° С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой(температура плавления – 5000 °С).
  
  

• 6 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая растворимость - 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ 80-100) и прочность (σв=250 МПа), но высокую пластичность (δ=50%; φ=80%).
  

• 7 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14% при температуре 1147°С и 0,8% - при 727°С. Аустенит имеет твердость НВ 160-200 и весьма пластичен (δ=40-50%).
  

• 8 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ~800), хрупок и практически не обладает пластичностью.
  

• 9 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Графит - это свободный углерод, мягок (НВ 3) и обладает низкой прочностью. С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.
  

• 10 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Перлит (П) - механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности σв=800 МПа; относительное удлинение δ=15%; твердость НВ 160
  

• 11 слайд

  Характеристика фазовых составляющих
  Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ 600-700 и большую хрупкость
  

• 12 слайд

  Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% -чугуном.
  

• 13 слайд

  В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14%, т. е. в сталях, образуется однофазная структура - аустенит. В сплавах с содержанием углерода более 2,14%, т. е. в чугунах, при первичной кристаллизации образуется эвтектика ледебурита.
  

• 14 слайд

  Железоуглеродистые сплавы
  В зависимости от содержания углерода железоуглеродистые сплавы делят на две группы:
  Стали: а) доэвтектоидные ( 0,8 % > С > 0,02 %);
  б) эвтектоидные (С ≈ 0,8 %);
  в) заэвтектоидные ( 2,14 % > С > 0,8 %);
  
  2. Чугуны: а) доэвтектические
  (4,3 % > С > 2,14 %);
  б) эвтектические (С ≈ 2,14 %);
  в) заэвтектические (6,67 % > С > 4,3 %).
  14
  

• 15 слайд

  Характеристика линий диаграммы Fe–Fe3C
  
  ACD – линия ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии.
  AECF – линия солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.
  АС – из жидкого раствора выпадают кристаллы аустенита.
  CD – линия выделения первичного цементита.
  
  

• 16 слайд

  Характеристика линий диаграммы Fe–Fe3C
  AE – заканчивается кристаллизация аустенита.
  ECF – линия эвтектического превращения.
  PSK – линия эвтектоидного превращения.
  .
  

• 17 слайд

  17
  
  
  
  GS – определяет температуру начала выделения феррита из аустенита (910-727 ºC).
  GP – определяет температуру окончания выделения феррита из аустенита.
  ES – линия выделения вторичного цементита.
  PQ – линия выделения третичного цементита.
  
  
  Характеристика линий диаграммы Fe–Fe3C
  

• 18 слайд

  18
  Характеристика точек диаграммы Fe–Fe3C
  А – точка плавления – кристаллизации чистого железа.
  Температура 1539 °С,
  
  
  С – эвтектическая точка, температура 1147 °С, концентрация
  углерода – 4,3 % (содержание углерода в жидком растворе,
  находящемся в равновесии с аустенитом и цементитом
  при эвтектическом превращении).
  
  D – точка, соответствующая температуре плавления цементита, ее положение на диаграмме не определено, так как цементит –
  термодинамически неустойчивая фаза и при плавлении разлагается на железо и графит.
  

• 19 слайд

  19
  
  G – точка полиморфного превращения в чистом железе α↔γ (911 °С),
  соответствует для чистого железа критической точке А3.
  
  Е – точка, отвечающая предельному содержанию углерода в аустените,
  Является границей между сталями и чугунами.
  Р – точка предельного содержания углерода в феррите, находящемся
  в равновесии с цементитом и аустенитом при эвтектической
  температуре (727 °С), содержание углерода – 0,02 %.
  Эта точка определяет техническое железо в стали.
  S – эвтектоидная точка, температура 727 °С, концентрация
  углерода – 0,8 % (содержание углерода в твердом растворе,
  находящемся в равновесии с ферритом и цементитом
  при эвтектоидном превращении).
  Характеристика точек диаграммы Fe–Fe3C
  

• 20 слайд

  Структура технического железа
  
  Светлые полиэдры твердого раствора феррита (Ф) и выделения избыточного цементита (Ц) по границам зерен.
  Структурные составляющие:
  феррит и цементит третичный (Ф+ЦIII).
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C)
  Твердость по Бринеллю 80-100 НВ
  х 300
  х 100
  

• 21 слайд

  Доэвтектоидная сталь
  Увеличение содержания углерода сверх 0,025% вызывает образование перлита – двухфазной структуры, формирующейся при эвтектоидном превращении. Перлит состоит из двух фаз: феррита и цементита и имеет суммарное содержание углерода 0,8%.. Количество перлита в доэвтектоидных сталях возрастает с увеличением содержания углерода.
  

• 22 слайд

  Структура низкоуглеродистой доэвтектоидной стали (0,2% углерода)
  Светлые (белые) участки твердого раствора феррита (Ф) и темные – перлита (П) пластинчатого строения.
  Структурные составляющие:
  феррит и перлит (Ф+П).
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C)
  Твердость по Бринеллю 110-120 НВ
  х 300
  

• 23 слайд

  Структура среднеуглеродистой доэвтектоидной стали марки 45
  (0,45% углерода)
  С ростом содержания углерода увеличивается количество темной перлитной структурной составляющей.
  Структурные составляющие:
  феррит и перлит (Ф+П).
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C)
  Твердость по Бринеллю 140-160 НВ
  х 300
  

• 24 слайд

  Структура доэвтектоидной стали с
  0,6% углерода
  Основная структурная составляющая – перлит с небольшими участками феррита. С ростом доли перлитной составляющей возрастает и общая твердость стали.
  Структурные составляющие:
  феррит и перлит (Ф+П).
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C)
  Твердость по Бринеллю 160-170 НВ
  х300
  

• 25 слайд

  Эвтектоидная сталь
  В стали, содержащей 0,8% углерода, получается чисто перлитная структура, поскольку этот состав является, согласно диаграмме равновесия, эвтектоидным.
  

• 26 слайд

  Структура эвтектоидной стали марки У8
  Структура пластинчатого перлита (П). Тонкие пластины цементита (Ц) на светлом поле твердого раствора феррита (Ф).
  Структурные составляющие:
  перлит (П)
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C).
  Твердость по Бринеллю 180-200 НВ
  Х 300
  

• 27 слайд

  Структура пластинчатого перлита при различном увеличении
  X 1000
  X 5000
  Хорошо видны чередующиеся пластинки феррита и цементита (а) и (б), а также место стыка бывших аустенитных зерен (б).
  а)
  б)
  

• 28 слайд

  Заэвтектоидная сталь
  Заэвтектоидная сталь характеризуется избыточным содержанием цементита, который может выделяться по границам зерен перлита. Цементитная сетка является значительным дефектом заэвтектоидной стали, приводящим к снижению ее прочности и вязкости.
  

• 29 слайд

  Структура заэвтектоидной стали марки У12 (1,2% углерода)
  Структура состоит из пластинчатого перлита (П), окруженного светлой сеткой избыточного цементита (Ц), выделившегося по границам бывшего аустенитного зерна.
  Структурные составляющие:
  перлит и цементит вторичный (П+ЦII).
  Фазы: феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C).
  
  Твердость по Бринеллю 200-220 НВ
  х 300
  х 300
  

• 30 слайд

  Структура заэвтектоидной стали
  с 1,3% углерода
  Структура отличается от предыдущей большей толщиной цементитной сетки.
  Структурные и фазовые составляющие те же, что и выше.
  
  Твердость по Бринеллю 200-220 НВ
  х 300
  

• 31 слайд

  Белый чугун
  
  Белые чугуны характеризуются тем, что весь углерод в них находится в связанном состоянии в форме карбида железа - цементита (Fe3C). По химическому составу и структуре чугуны делят на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.
  
  

• 32 слайд

  Доэвтектический белый чугун
  
  В структуре доэвтектического белого чугуна наряду с аустенитом, образованным при первичной кристаллизации, и вторичным цементитом присутствует хрупкая эвтектика – ледебурит, количество которой возрастает с увеличением содержания углерода.
  

• 33 слайд

  Структура низкоуглеродистого доэвтектического белого чугуна
  с 3,3% углерода
  Темные участки распавшегося (на перлит) избыточного твердого раствора аустенита (А) и пестрая эвтектика –распавшийся ледебурит - между ними. Внутри распавшегося аустенита видны светлые выделения вторичного цементита (ЦII).
  Структурные составляющие:
  аустенит распавшийся (перлит), ледебурит распавшийся и цементит вторичный (Ар+Лр+ЦII).
  Фазы: Феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C). При температуре выше А1 фазы: аустенит (-фаза) и цементит.
  
  х 300
  

• 34 слайд

  Структура доэвтектического белого чугуна с 4,0% углерода
  Большое увеличение позволяет увидеть внутри распавшегося аустенита светлые выделения вторичного цементита (ЦII) в виде сетки по границам зерен.
  Структурные составляющие:
  аустенит распавшийся (перлит), ледебурит распавшийся и цементит вторичный (Ар+Лр+ЦII).
  Фазы: феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C). При температуре выше А1 фазы – аустенит (-фаза) и цементит.
  
  х 600
  

• 35 слайд

  Эвтектический чугун
  (4,3% углерода)
  Структура состоит из эвтектики (распавшегося ледебурита – Лр), представляющей собой равномерно распределенные темные участки распавшегося твердого раствора аустенита (А) и светлые участки цементита (Ц).
  Структурные составляющие:
  эвтектика (Лр).
  Фазы:
  феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C). При температуре выше А1- аустенит и цементит
  Твердость по Бринеллю 500-520 НВ
  х 300
  

• 36 слайд

  Структура эвтектического чугуна
  (примеры строения ледебурита)
  х 300
  х 300
  

• 37 слайд

  Заэвтектический чугун
  Структура заэвтектического чугуна состоит из эвтектики (ледебурит) и первичного цементита,выделяющегося при кристаллизации из жидкости в виде крупных пластин.
  

• 38 слайд

  Заэвтектический чугун
  (5% углерода)
  Белые пластинки избыточного первичного цементита (ЦI) и пестрая эвтектика (ледебурит распавшийся – Лр ) между ними.
  Структурные составляющие:
  эвтектика (ледебурит распавшийся) и цементит первичный (Лр+ЦI).
  Фазы: феррит (-фаза) и цементит (карбид железа Fe3C).
  
  Твердость по Бринеллю 630-650 НВ
  х 100
  х 700
  

• 39 слайд

  Изменение микроструктуры
  и свойств сталей
  с увеличением количества углерода
  39
  

• 40 слайд

  Практическое применение диаграммы
  

• 41 слайд

  Обрабатываемость резанием.
  С увеличением прочности и твердости, то есть с повышением содержания углерода в стали, обрабатываемость ухудшается. Однако и стали с очень малым содержанием углерода, со структурой почти чистого феррита обрабатываются плохо, давая низкую чистоту поверхности.
  

• 42 слайд

  Штампуемость.
  Штампуемость ухудшается по мере повышения прочностных свойств стали, особенно предела текучести.
  

• 43 слайд

  Свариваемость.
  Чем шире температурный интервал кристаллизации, тем легче образуются горячие трещины. Интервал кристаллизации возрастает с увеличением содержания углерода. Поэтому с повышением содержания углерода свариваемость ухудшается.
  

• 44 слайд

  Литейные свойства стали.
  Литейные свойства стали ухудшается при увеличении содержания углерода. Поэтому для литья используют обычно стали с содержанием углеродов до 0,4% С.
  

• 45 слайд

  Закрепление изученного
  материала
  Вопрос 1
  Укажите линию ликвидус
  1) PSK
  2) ACD
  3) ECF
  4) SE
  
  

• 46 слайд

  Вопрос 2
  Укажите линию солидус
  1) ACD
  2) AECF
  3) PSK
  4) ECF
  
  Закрепление изученного материала
  

• 47 слайд

  Вопрос 3
  Укажите содержание углерода в цементите
  1) 6,67 %
  2) 4,3 %
  3) 2,14%
  4) 0,8%
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 48 слайд

  Вопрос 4
  Укажите содержание углерода в эвтектоиде
  1) 6,67 %
  2) 4,3 %
  3) 2,14%
  4) 0,8%
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 49 слайд

  Вопрос 5
  Укажите содержание углерода в эвтектике
  1) 6,67 %
  2) 4,3 %
  3) 2,14%
  4) 0,8%
   
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 50 слайд

  Вопрос 6
  Как называется структура, представляющая собой твердый раствор углерода
  в α- железе?
  1) перлит
  2) цементит
  3) феррит
  4) аустенит
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 51 слайд

  Вопрос 7
  Как называется структура, представляющая собой твердый раствор углерода
  в γ- железе?
  1) феррит
  2) цементит
  3) аустенит
  4) ледебурит
   
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 52 слайд

  Вопрос 8
  Как называется структура представляющая собой карбид железа Fe3C?
  1) феррит
  2) аустенит
  3) ледебурит
  4) цементит
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 53 слайд

  Вопрос 9
  Как называется структура, представляющая собой механическую смесь феррита и цементита?
  1) перлит
  2) δ-феррит
  3) аустенит
  4) ледебурит
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 54 слайд

  Вопрос 10
  Как называется структура, представляющая собой механическую смесь аустенита и цементита?
  1) перлит
  2) феррит
  3) ледебурит
  4) δ -феррит
  
  Закрепление изученного
  материала
  

• 55 слайд

• 56 слайд

• 57 слайд

• 58 слайд

  Структурные превращения в доэвтектических чугунах
  

• 59 слайд

  Структурные превращения в эвтектических чугунах
  

• 60 слайд

  Структурные превращения в заэвтектических чугунах
  

Краткое описание документа:

.

Диаграмма фазового равновесия (диаграмма состояния) железо-углерод (иногда говорят железо-цементит) — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Данная презентация является неотъемлемой частью урока по материаловедению по теме " Диаграмма состояния железо-цементит"

Цель презентации:

Обучающая - познакомить студентов с диаграммой состояния железо-цементит

Развивающая – развить способность анализировать, обобщать, классифицировать, вести конспект, развивать внимание