Компоненты и фазы в сплавах железо-углерод.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 49Следующая ⇒

Железоуглеродистые сплавы — стали и чугуны — это сплавы железа с углеродом и другими элементами. Их свой­ства определяются свойствами и количеством железа и углерода, а также характером взаимодействия между ними. Структурные превращения, протекающие в железе при нагреве и охлаждении,сопровождаются появлением площадок на соответствующих кривых.(рис. 6.1.)

Железо (Fе). Температура плавления железа 1539°С, удельный вес железа — 7,87.10⁴ Н/м³ (7,87 г/см³). Технически чистое железо содержит около 0,1-0,15% примесей. Прочность технически чистого железа невелика =250 МПа, твер­дость 45—80 НВ, пластичность высокая δ=50%. Температуры, при которых происходят превращения в железе и железоуглеродистых сплавах называются критическими. Они обозначаются буквой А и порядковым номе­ром, определяющим вид превращения. Железо является полиморфным металлом и имеет две полиморфные (аллотропические) мо­дификации атомно-кристаллической решетки:

— альфа-железо (  или Fe_α)  до 911°С и выше 1392°С имеет объемно – центрированную кубическую решетку (ОЦК). Высокотемпературную модификацию альфа-железа называют δ- железом (обозначается  или ,) так как, имея тот же тип кристаллической решетки, что и Fe_α, отличается от нее величиной параметра. При на­греве до 768°С Fe_α  магнитно, а в интервале 768°С —910°С немагнитно. Кривая охлаждения помимо температуры кристаллизации фиксирует два полиморфных и одно магнитное превращение, не связанное с перестройкой кристаллической решетки.

Температуру 768°С перехода магнитного альфа-железа в немагнитное называют точкой Кюри. Эта темпе­ратура принята за критическую и обозначается .

— в интервале 911°С – 1392°С (1400°С) железо имеет гранецентрированную кубическую решетку (называется гамма-железо, обозначается  или ). Гамма-железо немагнитно.

При нагревании железо самопроизвольно претерпевает полиморфные превращения, последовательно переходя из од­ной формы кристаллического строения решетки в другую. Движущей силой этого процесса является стремление вещества к наи­меньшему запасу свободной энергии.

Железо со многими элементами образует твердые раство­ры: с металлами — твердые растворы замещения; с неметал­лами (углеродом, азотом, бором и др.) — твердые растворы внедрения.

Углерод (С). Температура плавления 3500°С, удельный вес графита 2,25.10⁴ Н/м³ (2,25 г/см³).

Углерод полиморфен и кристаллизуется в двух модифи­кациях: в виде алмаза (двойная кубическая кристалличе­ская решетка) и в виде графита (гексагональная кристал­лическая решетка).Графит обладает низкой прочностью, при 20°С =20 МПа, с повышением температуры прочность графита растет.

В железоуглеродистых сплавах углерод может быть:

- в виде графита;

- в виде химического соединения Fе₃С — карбида желе­за - цементита; в составе твердого раствора внедрения в альфа - железе (в очень малых до 0,02%) или в гамма – железе (до 2,14%).

   Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

В железоуглеродистых сплавах наблюдается следующие фазы: жидкий раствор, твердые рас­творы углерода в альфа-железе (феррит), в гамма-железе (аустенит) и цементит. Основными структурными составляющими железоугле­родистых сплавов являются: феррит, аустенит, цементит, графит, перлит, ледебурит.

Цементит (Ц) — химическое соединение Fе₃С, карбид железа, обладает металлическими свойствами, имеет сложную кристалличе­скую решетку. Температура плавления ~1500°С (температура диссоциации 1252°С). В цементите содержится 6,67 весовых процентов углерода и 93,33 —железа. Цементит очень твердая фаза (800 НВ), но хрупкая ().

В железоуглеродистых сплавах цементит, как структур­ная составляющая, может быть в виде мелких округлых частиц, пластинок, сетки, игл и пр. Форма и размеры час­тиц цементита оказывают большое влияние на свойства сплавов.

Феррит (Ф) — твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе, обозначается  имеет кубическую объемно-центриро­ванную решетку. Растворимость углерода в альфа-железе при комнатной температуре составляет 0,006%, а при тем­пературе (727°С) — критической температуре — 0,02%. Феррит магнитен. Это самая мягкая структурная со­ставляющая железоуглеродистых сплавов (60—80 НВ), его свойства близки к свойствам технически чистого железа. Феррит является структурой технического железа. Феррит как структурная составляющая, может быть в виде множества зерен различной величины от округлой до пластинчатой и иглообразной форм, образующих массивы, сетки, смеси и пр.

Аустенит (А)— твердый раствор внедрения углерода в гамма-желе­зе, обо-

значается  имеет гранецентрированную куби­ческую решетку. Предельная растворимость углерода в гам­ме-железе достигает 2,14% при температуре 1147°С. При понижении температуры растворимость угле­рода в гамма-железе уменьшается и при температуре 727°С составляет 0,8%. При медленном охлаждении сплавов структура аустенита сохраняется до температуры 727°С. При этой температуре происходит “распад” аустенита с образованием механической смеси феррита и цементита (перлит). Аустенит немагнитен, имеет невысокую твердость (200 НВ) и достаточно высокую пластичность. Аустенит, как структурная составляющая, может быть в виде множества зерен различной величины, образующих массивы, смеси и пр.

Перлит (П)— эвтектоид и представляет собой смесь кристал­лов цементита и феррита при содержании углерода 0,8%. Твердость перлита находится в пределах 160—250 НВ в за­висимости от его строения. Перлит является характерной структурной составляющей сталей. Перлит, как кристаллическая структура может быть, в виде множества пар чередующихся кристаллов феррита и цементита от пластинчатой до зернитой форм,различных размеров (дисперсности). Перлит образуетсяся: при постояннной температуре из кристаллов аустенита, содержание углерода в которых 0,8% при температуре ниже 727°С; в результате вторичной кристаллизации ; в виде множества пар кристаллов обеих фаз..

Ледебурит (Л) – эвтектика, образующаясяся при первичной кристаллизации из жидкого раствора железа и углерода при постоянной температуре 1147°С и строго определенном соотношении компонентов (4,3% углерода)- эвтектическое превращение. Леде­бурит (эвтектика) представляет со­бой  механическую смесь, состоящую из аустенита и цементита.

При температурах ниже 727°С аустенит превращается в перлит и ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита (превращенный ледебурит). Пре­вращенный ледебурит отличается высокой твердостью ( 600 НВ) и является характерной структурной составляю­щей белых чугунов. Для изучение фазовых и структурных превращений пользуются диаграммой состояния, которые строятся в координатах температура - концентрация.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности