Диаграмма состояния железо- цементит

Лекция 10

Решение и анализ

Температурная задача

Вторая группа задач статически неопределимых систем состоит в учете усилий от стеснения температурной деформации.

Определим усилия и напряжения в закрепленном стержне длиной /, сечением А при изменении температуры на Dt, если коэффициент линейного расширения равен a, а модуль упругости Е. Схема приведена на рисунке. Статическая сторона задачи сводится

Rк — RВ = 0; Rк = RВ

Обратимся к геометрической стороне задачи. Свободная температурная деформация стержня равна Dlt = a lDt и реализуется при освобождении правого конца стержня (верхний рисунок).

Вводя неизвестное усилие X, устраняем температурное расширение, так как по смыслу задачи l = const.

DХ = Dlt , DХ = X·l / EA

Таким образом, X = Dat EA = N

а напряжение s = DatЕ оказывается не зависящим от размеров стержня. При Dt > 0 стержень работает на сжатие.

Температурные напряжения могут быть значительными. Например, при охлаждении чугунного стержня на Dt = -50°С

при a = 12.10"6 1/град, Е = 1,5 • 105 МПа находим температурное напряжение s = 90 МПа.

Если принять sв = 120 МПа, то коэффициент запаса прочности окажется равным п = sв / s = 1,3

Структуры железоуглеродистых сплавов

Фазовая диаграмма Fe-C занимает особое место в металловедении. С ее построением в конце ХIX века прямо связано становление металловедения как науки. Она является базой для анализа формирования структуры самых распространенных промышленных сплавов – сталей и чугунов.

Характерные особенности ДС Fe-C обусловлены полиморфизмом железа и существованием двух высокоуглеродистых фаз. При атмосферном давлении железо может находиться в двух модификациях – ОЦК и ГЦК. Кривые температурной зависимости энергии Гиббса этих модификаций пересекаются дважды: при 911 С и 1392⁰С(рис.3.48).

Рис.3.48. Зависимость энергии Гиббса (G)ОЦК и ГЦК модификаций и жидкого железа от T⁰C

При температурах ниже 911⁰С, вплоть до абсолютного нуля, и в интервале температур 1392-1539⁰С энергия Гиббса минимальна у ОЦК модификации, которая стабильна в этих интервалах температур. Для ОЦУК и ГЦК приняты международные обозначения a-Fe и g-Fe соответственно.

Модификацию a-Fe, существующую выше области термодинамической устойчивости g-Fe, обозначают d-Fe. a-Fe и d-Fe – это одна и та же модификация.

В чередовании полиморфных модификаций железа при повышении температуры обозначение b-Fe «пропущено» по следующей причине. В конце XIX столетия в первых исследованиях железа с использованием термического анализа на кривых охлаждения вблизи температуры 769⁰С было обнаружено выделение теплоты, что объяснялось аллотропическим превращением b-Fe вa-Fe. Позднее рентгеноструктурным анализом было доказано, чтоb-Fe и a-Fe имеют кристаллическую решетку одного типа – ОЦК. Указанный тепловой эффект связан с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное в очень узком интервале температур ниже 769⁰С. Следовательно, эта температура является точкой Кюри a-Fe, и самостоятельной модификации b-Fe не существует.

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.

Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.