17.Диаграмма состояния системы с образованием устойчивого химического соединения . Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения.

 Диаграмма состояния сплавов представлена на рис. 5.6.

-----------Рис. 5.6. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

 Диаграмма состояния сложная, состоит из нескольких простых диаграмм. Число компонентов и количество диаграмм зависит от того, сколько химических соединений образуют основные компоненты системы.Число фаз и вид простых диаграмм определяются характером взаимодействия между компонентами.Эвт₁ (кр. А + кр. AmBn); Эвт₂ (кр. B + кр. AmBn).

18.Свойства железа , углерода , полиморфизм , критические точки .Взаимодействие железа с углеродом.

Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации: 1)до 769 °C существует α-Fe (феррит) с объёмноцентрированной кубической решёткой и свойствами ферромагнетика (769 °C ≈ 1043 K — точка Кюри для железа) 2)в температурном интервале 769—917 °C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика 3)в температурном интервале 917—1394 °C существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой 4)выше 1394 °C устойчиво δ-Fe с объёмоцентрированной кубической решёткой.Металловедение не выделяет β-Fe как отдельную фазу^[15], и рассматривает её как разновидность α-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ≈ 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов, ферромагнетик становится парамагнетиком — происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит.Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации:1)От абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.2)От 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой. 3)От 1400 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов (см. фазовую диаграмму железо — углерод). Твёрдый раствор углерода в α- и δ-железе называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный δ-феррит и низкотемпературный α-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы. Твёрдый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом.В области высоких давлений (свыше 104 МПа, 100 тыс. атм.) возникает модификация ε-железа с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой.Явление полиморфизма чрезвычайно важно для металлургии стали. Именно благодаря α—γ переходам кристаллической решётки происходит термообработка стали. Без этого явления железо как основа стали не получило бы такого широкого применения.Железо тугоплавко, относится к металлам средней активности. Температура плавления железа 1539 °C, температура кипения — 2862 °C.

Углерод- Известны несколько кристаллических модификаций Углерода: графит, алмаз, карбин, лонсдейлит и другие. Графит - серо-черная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском. Построен из кристаллов гексагональной структуры: а = 2,462Å, c = 6,701Å. При комнатной температуре и нормальном давлении (0,1 Мн/м², или 1 кгс/см²) графит термодинамически стабилен. Алмаз - очень твердое, кристаллическое вещество. Кристаллы имеют кубическую гранецентрированную решетку: а = 3,560Å. При комнатной температуре и нормальном давлении алмаз метастабилен. Заметное превращение алмаза в графит наблюдается при температурах выше 1400 °С в вакууме или в инертной атмосфере. При атмосферном давлении и температуре около 3700 °С графит возгоняется. Жидкий Углерод может быть получен при давлениях выше 10,5 Мн/м² (105 кгс/см²) и температурах выше 3700 °С. Для твердого Углерода (кокс, сажа, древесный уголь) характерно также состояние с неупорядоченной структурой - так называемых "аморфный" Углерод, который не представляет собой самостоятельной модификации; в основе его строения лежит структура мелкокристаллического графита. Нагревание некоторых разновидностей "аморфного" Углерода выше 1500-1600 °С без доступа воздуха вызывает их превращение в графит. Физические свойства "аморфного" Углерод очень сильно зависят от дисперсности частиц и наличия примесей. Плотность, теплоемкость, теплопроводность и электропроводность "аморфного" Углерода всегда выше, чем графита. Карбин получен искусственно. Он представляет собой мелкокристаллический порошок черного цвета (плотность 1,9-2 г/см³). Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу. Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно.

Полиморфизм(свойство материалов иметь несколько кристаллических решеток) - (многообразие формы). Некоторые М в зависимости от t° могут изменять тип кристаллической решётки. Полиморфизм (аллотропия) — явление, когда 1 и тот же М при разных t° имеет разные кристаллические решётки. Принято обозначать полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой t°, индексом a, при более высокой b, затем g и т.д. Н-р, Fe: до 910°: ОЦК aFe; 910°-1392°: ГЦК gFe; >1392°: ОЦК aFe. t° полиморфного превращения - t° превращения одной кристаллической модификации в другую. На явлении полиморфизма основана термическая обработка. При переходе из одной полиморфной формы в др меняются св-ва, в частности r и соответственно V вещ-ва. Н-р, r gFe на 3% больше r aFe, а удельный V соответственно меньше. Эти изменения V необходимо учитывать при термообработке. (Олово: при низкой t° происходит полиморфное превращение пластичного белого олова с образованием хрупкого серого порошка серого олова — «оловянная чума»).

Взаимодействие железа и углерода состоит в том, что углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. Помимо этого он может образовывать с железом химическое соединение. Таким образом в железоуглеродистых сплавах могут образовываться следующие фазы: жидкий раствор, аустенит, феррит, цементит.Аустенит (обозначают A или γ) – твердый раствор внедрения углерода в Feγ. Имеет ГЦК – решетку, растворяет углерода до 2,14 %, немагнитен, твердость (HB 160-200).Феррит (обозначают Ф или α) – твердый раствор внедрения углерода в Feα. Имеет ОЦК – решетку, растворяет углерода до 0,02 % (727 ºC), при 20 ºC менее 0,006 %, ферромагнитен до температуры 769 ºC, твердость (HB 80-100).Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe₃C). Содержит 6,67 % C. При нормальных условиях цементит тверд (HB 800) и хрупок. Слабо ферромагнитен до 210 ºC.