Железоуглеродистые сплавы

Железо

Железо относится к главному химическому элементу в группе черных металлов.

В чистом виде железо в природе не встре­чается, а встречается в виде оксидов, образующих так называе­мую железную руду с различным содержанием железа.

Кристаллическая решетка железа — ОЦК, но при повышении температуры она меняется.

При нагревании до температуры 150...250 °С чистое железо, взаимодействуя с кислородом, покры­вается оксидной пленкой. Технически чистое железо пластично. При незначительных массовых долях примесей (не более 0,01 %) пластичность резко уменьшается.

Чистое железо в связи с низки­ми механическими свойствами практического применения не на­ходит.

Металлургическая промышленность для научных исследо­ваний производит несколько сортов технически чистого железа:

- чистейшее,

-электролитическое,

-карбональное,

-техническое.

Указанные сорта чистого железа имеют различные механи­ческие свойства. Например, предел прочности _в = 180... 320 МПа (18...32 кгс/мм²), относительное удлинение  = 30...50 % зависят от сорта железа. Пластичность железа зависит от температуры испытания. При незначительном нагревании чистое железо ста­новится хрупким. Исследования показали, что железо имеет три зоны хрупкости:

• до 270 °С — железо хладноломкое;

• 540... 720 °С — железо синеломкое;

• 1 080... 1 265 °С — железо красноломкое.

Свойства хрупкости у железа проявляются в зависимости от типа атомной кристаллической решетки и ее параметров.

Хими­ческие элементы (примеси) увеличивают или понижают температру ломкости (синеломкости) железа.

Так, например, кисло­род увеличивает, а углерод и марганец понижают температуру ломкости.

Кроме того, практика показывает, что прочность и пла­стичность железа зависят от способа производства исследуемых образцов. Литые образцы имеют пониженную прочность и плас­тичность по сравнению с образцами, полученными деформиро­ванием (прокаткой, ковкой).

Деформируемое железо прочнее ли­того.

Железо в твердом состоянии в зависимости от температуры может находиться в двух модификациях: -железо и -железо.

При нагревании и охлаждении происходят аллотропные превращения, в результате которых идет перестройка атомных решеток.

Кроме того, важным фактором является способность железа растворять углерод, азот и водород, а также различные металлы. При этом с металлами образуются твердые растворы замещения, а с углеро­дом, азотом и водородом — растворы внедрения.

Особую роль в образовании твердых растворов внедрения играет углерод, кото­рый растворяется как в а-железе, так и в у-железе.

Наибольшая растворимость углерода в -железе составляет 2,14% (на диаграм­ме Fe — Fe₃C критическая температура 1 147 °С).

Чистое железо получить практически невозможно.

В настоящее время получают железо с массовой долей различных примесей от 0,01 %.

Например, армко-железо — техническое железо, получае­мое в мартеновских печах и применяемое для научных исследова­ний, — имеет массовую долю примесей 0,1 ...0,2 %.

Практика показывает, что углерод, сплавляясь с железом, спо­собствует резкому возрастанию механических свойств. Увеличива­ются твердость, износостойкость, упругость и прочность. Умень­шается пластичность и ударная вязкость. В связи с этим в практике широкое применение нашли сплавы железа с углеродом и други­ми элементами.