Стабильное и метастабильное равновесие в системе Fe-C.

I. Стали и чугуны.

1.1 Перечислите причины формирования метастабильного цементита вместо стабильного графита в сплавах Fe-C.

Выделение цементита вместо графита происходит в случае больших скоростей охлаждения сплава при его затвердевании. Термодинамически появление эвтектического цементита возможно при переохлаждении жидкого чугуна ниже линии ECF, а первичного цементита – ниже CD. При больших переохлаждениях развитие зародышей цементита кинетически легче осуществимо, чем развитие зародышей графита. В сталях графита, как отдельной структурной составляющей не образуется.

1) Концентрационная причина – Зародыши кристаллов цементита растут быстрее так

как по содержанию в них углерода они гораздо ближе чем графит к жидкой фазе (6,67 и 100% соответственно), в которой они развиваются.

2) Деформационна причина – наблюдается тогда, когда фазовые превращения идут в твердом состоянии. Из за различия удельных объемов фаз, из аустенита цементит образуется легче чем графит (V_уд(Г)>V_уд(Fe₃C)).

3) Кристаллографическая причина – в твердом состоянии большую роль играет энергия границ, чем она больше, тем больше энергия образования зародыша. Решетки Г и γ различаются настолько сильно, что их сопряжение невозможно.

1.2 Как изменение содержания углерода в сплавах Fe-C влияет на вероятность формирования цементита (вместо графита)?

Количество углерода в сплаве увеличивает вероятность образования графита, так как состав сплава приближается к графиту. Наиболее активно графит выделяется из жидкой фазы в заэвтектических чугунах.

1.3 Почему при обычных скоростях охлаждения расплавов Fe-C с малым содержанием углерода вместо графита появляется цементит?

Сплавы с малым содержанием углерода – стали. При охлаждении стали происходит полная кристаллизация сплава в твердую аустенитную фазу. Следовательно графит, должен будет расти в твердой фазе. Из-за малых величин переохлаждения (от 738 до 723С) выигрыш свободной энергии не велик, на практике образование графита в твердой фазе возможно только при наличии затравки графита, как в серых чугунах. В твердой среде образование цементита более выгодно нежели графита, по причинам 2,3 вопроса 1.1.

1.4 Почему при 1000 ^оС содержание углерода в аустените при его равновесии с графитом меньше, чем при равновесии с цементитом?

Это связано с минимумом термодинамического потенциала в равновесии. Минимальное значение термодинамического потенциала в случае стабильного равновесия меньше, чем для метастабильного, поэтому различаются свободная энергия и содержание углерода в равновесии.

Дата добавления: 2015-09-06