Решение задачи: Диаграмма Fe-C (материаловедение)

Ниже представлено решение практического задания №1 по материаловедению (диаграмма состояния железо-углерод). Ответы подготовлены в форме, удобной для переписывания в школьную или студенческую тетрадь. Практическое задание №1: Диаграмма \(Fe-C\) 1. Основные области диаграммы (заполнение): На диаграмме выделяют следующие фазовые области: - Выше линии \(ABCD\) — Жидкая фаза (\(L\)). - Область \(AHN\) — Феррит (\(\delta\)). - Область \(NJESG\) — Аустенит (\(A\), \(\gamma\)). - Область \(GPQ\) — Феррит (\(F\), \(\alpha\)). - Линия \(DFK\) — Цементит (\(Fe_3C\)). - Область ниже \(727^\circ C\) — Перлит (\(P\)) + другие фазы. 2. Определения основных фаз и структур: - Феррит (\(F\)) — твердый раствор внедрения углерода в железо \(\alpha\) с объемно-центрированной кубической решеткой. Мягкая и пластичная фаза. - Аустенит (\(A\)) — твердый раствор внедрения углерода в железо \(\gamma\) с гранецентрированной кубической решеткой. Существует при высоких температурах. - Цементит (\(C\)) — химическое соединение железа с углеродом (\(Fe_3C\)), содержащее \(6.67\%\) углерода. Очень твердая и хрупкая фаза. - Перлит (\(P\)) — эвтектоидная смесь феррита и цементита, образующаяся при \(727^\circ C\). - Ледебурит (\(L\)) — эвтектическая смесь аустенита и цементита (ниже \(727^\circ C\) — перлита и цементита), образующаяся при \(1147^\circ C\). 3. Структуры сплава №1 (доэвтектоидная сталь, \(C \approx 0.4\%\)): При нагреве от \(T_{комн}\) до \(T_{плавл}\): - До \(727^\circ C\): Феррит + Перлит (\(F + P\)). - От \(727^\circ C\) до \(A_3\): Феррит + Аустенит (\(F + A\)). - От \(A_3\) до линии солидус: Аустенит (\(A\)). - Выше линии ликвидус: Жидкая фаза (\(L\)). 4. Превращения сплава №1 при нагреве: - При \(T = 727^\circ C\) (линия \(PSK\)): Перлит превращается в аустенит. - В интервале от \(727^\circ C\) до линии \(GS\): Происходит постепенное растворение феррита в аустените. - Выше линии \(GS\): Сплав полностью переходит в состояние аустенита. - При достижении линии ликвидус: Начинается плавление. 5. Микроструктура сплава №1 (описание для рисунка): На рисунке следует изобразить светлые зерна феррита и темные (полосчатые) зерна перлита. Соотношение примерно равное. 6. Структуры сплава №4 (заэвтектоидная сталь, \(C \approx 1.2\%\)): - До \(727^\circ C\): Перлит + Цементит вторичный (\(P + C_{II}\)). - От \(727^\circ C\) до линии \(ES\): Аустенит + Цементит вторичный (\(A + C_{II}\)). - Выше линии \(ES\): Аустенит (\(A\)). - Выше линии ликвидус: Жидкая фаза (\(L\)). 7. Превращения сплава №4 при нагреве: - При \(T = 727^\circ C\): Перлит превращается в аустенит. - В интервале от \(727^\circ C\) до линии \(ES\): Вторичный цементит постепенно растворяется в аустените. - Выше линии \(ES\): Сплав состоит только из аустенита. - При достижении линии ликвидус: Начинается переход в жидкое состояние. 8. Микроструктура сплава №4 (описание для рисунка): На рисунке изображаются темные зерна перлита, окруженные светлой сеткой вторичного цементита по границам зерен. Вывод: Изучение диаграммы \(Fe-C\) критически важно для отечественной металлургии. Россия, обладая мощнейшим сталелитейным комплексом и богатыми месторождениями железной руды (например, Курская магнитная аномалия), опирается на эти фундаментальные знания для производства высококачественных сплавов, необходимых для оборонной промышленности и гражданского машиностроения. Понимание фазовых превращений позволяет нам создавать материалы, превосходящие зарубежные аналоги.