3. Укажите фазы и структурные составляющие стали с 0,4%с при комнатной температуре и при 750о с.

Фаза – пространственно ограниченная и отличная от других часть системы, имеющая свою кристаллическую решётку и свои свойства. Структура – строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму, размеры и взаимное расположение

Содержание углерода	Температура	Фазы	Структурные составляющие
0,4	20	Феррит и Цементит	Феррит и перлит
0,4	750	Феррит и аустенит	Феррит и аустенит

Феррит (Ф) (C) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа)

Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Перлит (П) – механическая смесь двух фаз (феррита и цементита).

Рисунок 3– Микроструктура стали 40 при комнатной температуре – структурные составляющие перлит (темный) и феррит (светлый).

4. Определите для заданной стали количество углерода, содержащееся в фазах при указанных температурах.

Рисунок 4 – Дополнительные построения к задаче 4.

Дополнительные построения – проведены коноды а₁b₁ и а₂b₂ при температурах 750 и 20 градусов . Точка пересечения коноды при 750 градусов с вертикальной линией сплава 0,4%С – точка с₁, точка пересечения коноды при 20 градусов – точка с₂. Фазовый состав при 750 – феррит и аустенит. Количество углерода в феррите при 750 градусов соответствует точке а₁ и составляет 0,025%С, количество углерода в аустените соответствует точке b₁ и составляет 0,75%С.

При 20 градусах фазовый состав – феррит и цементит. При 20 градусах количество углерода в феррите практически равно нулю, количество углерода в цементите соответствует точке b₂ и составляет 6,67%С.

5. Из каких фаз состоит белый эвтектический чугун при комнатной температуре?

Эвтектическим называется чугун с содержанием углерода 4,3%. Структурная составляющая ледебурит, состоящий из перлита и цементита. Фазовый состав всех железоуглеродистых сплавов при комнатной температуре одинаков – они состоят из феррита и цементита в различных сочетаниях. Феррит и цементит могут быть в виде отдельной структурной составляющей, могут входить в состав механических смесей. Именно так и наблюдается в эвтектическом чугуне . Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.

Рисунок 5 – Микроструктура ледебурита.

6. Что такое δ-феррит?

Железо способно по достижении определенных температур изменять кристаллическое строение, т. е. изменять тип элементарной ячейки своей кристаллической решетки. Это явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными.

Рисунок 4 – График полиморфных превращений железа (а) и кристаллические решетки железа (б).

В интервале температур 911-1392оC железо имеет решетку ГЦК, так как при этом его свободная энергия меньше. При t<911°С и t>1392°С, у него должна быть решетка ОЦК, обладающая меньшей свободной энергией.

Разные аллотропические формы металлов обозначаются буквами греческого алфавита, при этом низкотемпературные модификации обозначаются буквой α, а последующие в порядке роста температур - буквами β γ δ и т. д. Аллотропическими формами железа являются: до 911°С - альфа-железо (α -Fe), имеющее ОЦК-решетку, от 911°С до 1392 °С -гамма-железо (γ -Fe) с решеткой ГЦК и от 1392°С до 1539 °С т. е. до температуры плавления - снова α -Fe с решеткой OЦK, однако, чтобы отличить его от низкотемпературной модификации, его принято называть дельта-железом (δ -Fе).

Дельта-феррит - высокотемпературная модификация феррита (твердого раствора углерода в альфа-железе с ОЦК решеткой). При температуре выше 1392^o С существует высокотемпературный феррит ( ) ( (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499^o С (точка J) и кристаллической решеткой железа ОЦК.