9

1 Компоненти залізовуглецевих сплавів

Компоненти – це хімічні елементи періодичної системи, що утворюють сплав.

Сплав – речовина, що складається з двох або більше компонентів, яку одержують методом сплавлення, спікання, електролізу чи іншими технологічними способами.

У металевих сплавах компонентами є зазвичай чисті метали й неметали, а також хімічні сполуки. Компонентами залізовуглецевих сплавів є Fe і C.

Залізо — метал сріблясто–сірого кольору з атомним номером (протонне число) 26, атомною масою 56,65, густиною 7800 кг·м^–3, температурою плавлення 1536 °С. У твердому стані залежно від температури Fe може існувати у двох модифікаціях ( або та ) з різними кристалічними формами, тобто за певних температур Fe зазнає алотропні перетворення (рис. 1, б). Спочатку за температури 1536 ºС утворюється високотемпературне залізо Fe_α (його позначають Fe_δ) з об’ємноцентрованою кубічною ґраткою (ОЦК) із періодом нм. За температури 1392 ºС –залізо перекристалізовується у –залізо (Fe ) з гранецентрованою кубічною ґраткою (ГЦК) із періодом нм. Fe під час охолодження існує до температури 911 ºС. За цієї температури Fe перетворюється в Fe з ОЦК–ґраткою з періодом нм, яка не змінюється під час подальшого охолодження.

Рис. 1. Діаграма фазової рівноваги сплавів системи Fe–Fe₃C (а) та крива охолодження Fe (б)

Перетворення ↔ є фазовим переходом, і температури, за яких воно відбувається, називають критичними точками (А₃ і А₄). При температурі °С (відомій як точка Кюрі) зазнає магнітного перетворення: вище 768 °С Fe є парамагнітним (немагнітним) з магнітною проникністю , а нижче цієї температури Fe стає феромагнітним з . Магнітне перетворення є фазовим переходом ІІ роду, коли кристалічна ґратка не змінюється і на кривій охолодження немає температурної зупинки. Точку Кюрі ще називають критичною точкою А₂.

Властивості Fe залежать від його чистоти. Технічні сорти Fe містять 0,008...0,022 % домішок, а чисті — менше 0,008 % домішок. Залізу властива добра пластичність ( = 50 %, = 80 %), невисока міцність ( = 120 МПа, = 250 МПа) і мала твердість (80 HB). Ферум з металами утворює тверді розчини заміщення, а з неметалами (C, N, B, H ) — тверді розчини проникнення.

Карбон — неметалевий елемент з атомним номером (протонне число) 6, атомною масою 12,01. Чистий Карбон у природі існує в двох модифікаціях: графіту й алмазу. За нормальних умов стабільним є графіт. Алмаз є метастабільною модифікацією, що утворюється при високих тисках і температурах, який у залізовуглецевих сплавах не зустрічається. Графіт має гексагональну ґратку з періодами = 0,245 нм і = 0,678 нм. Атоми в ґратцi розташовані шарами так, що третій шар є симетричним першому. Відстані між шарами (0,340 нм) більші, ніж між атомами (0,142 нм) в самих шарах, міжатомний зв’язок слабкий, ковалентний. Графіт відносно легкий (густина 2500 кг·м^–3), м’який, пластичний, хімічно стійкий, температура плавлення (сублімації) ~3500 °С.

У залізовуглецевих сплавах Карбон знаходиться у вигляді твердих розчинів проникнення на базі Fe або Fe , а також у вигляді хімічної сполуки Fe₃C, яка називається карбідом заліза або цементитом.