2. Освоить качественный анализ структур железоуглеродистых сплавов по диаграмме состояния.
3. Научиться определять концентрацию углерода в фазах сплавов и соотношение фаз в сплаве при постоянной температуре.
Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – это сплавы железа с углеродом и другими элементами. Их свойства определяются свойствами железа и углерода, входящих в сплав, а также характером взаимодействия между ними.
ЖелезоFe. Температура плавления железа1812 К (1539°С), кипения 3013 К (2740°С). Плотность железа - 7,87 · 103 кг/м3 (7,87 г/см3). Железо является полиморфным металлом и имеет две полиморфные (аллотропические) модификации атомно-кристаллической решетки:
- альфа-железо (α - Fe или Feα,) - до 1184 К (911ºС) имеет объемно-центрированную кубическую решетку. При нагреве до 1041 К (768°С) Feα магнитно, а в интервале температур 1041 К (768°С) - 1184 К (911°С) немагнитно.
Температуру 1011 К (768°С) перехода магнитного альфа-железа в немагнитное называют точкой Кюри. Эта температура принята за критическую (обозначается «А2»).
- в интервале 1184 К (911ºС) – 1673 К(1440°С) имеет гранецентрированную решетку (называется гамма-железо, обозначается g – Fe или Feg) Гамма - Выше 1673 К (1400°С) до температуры плавления Fe снова кристаллизуется в объемно-центрированной кубической решетке (называется дельта-железо, обозначается δ – Fe или Feδ). Критическими называются температуры, при которых происходят превращения в железе и железоуглеродистых сплавах. Они обозначаются буквой «А» и порядковым номером, определяющим вид превращения.
При нагревании железо самопроизвольно претерпевает полиморфные превращения, последовательно переходя из одной формы кристаллической 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.
Механические свойства технически чистого железа: твердость 45-80 НВ; временное сопротивление σв = 180 - 250 МПа; относительное удлинение δ =50%.
Углерод (С). Температура плавления 3723 К (3500°С), плотность вес 2,5 · 103 кг/м3 (2,5 г/см3).
Углерод полиморфен и кристаллизуется в двух модификациях: в виде алмаза (двойная кубическая кристаллическая решетка) и в виде графита (гексагональная кристаллическая решетка).
В железоуглеродистых сплавах углерод может быть:
- в виде графита;
- в виде химического соединения Fe3С – карбида железа или цементита;
- в составе твердого раствора внедрения в альфа-железе (в очень малых количествах - 0,02%) и в гамме-железе (до 2,14%).
В системе железо-цементит в железоуглеродистых сплавах имеются 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 Fe3C, обладает металлическими свойствами, имеет сложную кристаллическую решетку. Температура плавления 1873 К (1600°С). В цементите содержится 6,67 массовых процентов углерода и 93,33 – железа. Цементит очень тверд (800 НВ), но хрупок δ = 0%).
В железоуглеродистых сплавах цементит, как структурная составляющая, может быть в виде мелких округлых частиц, пластинок, сетки, игл и др. Форма и размеры частиц цементита оказывают большое влияние на свойства сплавов.
Феррит (Ф) – твердый раствор углерода в альфа-железе, обозначается Feα(C), имеет кубическую объемно-центрированную решетку. Растворимость углерода в альфа-железе при комнатной температуре составляет 0,006%, а при температуре 1000 К (727°С) - критической температуре А1 - 0,02%. Феррит магнитен. Это самая мягкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (60-80 НВ).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.