3.1. Характеристика компонентів. Домішки
Залізовуглецеві сплави – це сплави, отриманні методом розплаву заліза з вуглецем. До них відносяться сталь і чавун. Оскільки основними компонентами їх є залізо та вуглець, то спочатку розглянемо їх більш детально.
Залізо – це хімічний елемент з явно вираженими металічними властивостями. Воно добувається з надр землі, де знаходиться в рудах частіше всього в окислах Fe203. Воно має сріблясто-білий колір. Густина заліза 7,8 г/см3. Температура плавлення 1539°С.
Кристалічна решітка ОЦК. При зміні температури залізо має поліморфні перетворення, які позначаються Feα, Feγ, Feδ. Атомний номер заліза 26, атомна вага 55,85. Залізо – феромагнітний матеріал, але при температурі 768°С (точка Кюрі) воно стає немагнітним. Найбільш чисте залізо, отримане в лабораторних умовах, має 99,9917% Fe. Залізо має невисоку твердість (80 НВ) і міцність (280 мн/м2).
Вуглець у природі зустрічається у двох модифікаціях: у формі алмазу із складною кубічною решіткою, та у формі графіту з простою гексагональною решіткою. Густина графіту 2,25 г/см3. При нагріванні до 3650°С графіт починає сублімувати. Діаметр атома вуглецю – 0,154 нм.
Виходячи з типів комірок, розмірів атомів заліза та вуглецю, можна зробити висновок, що вуглець в α-залізі не розчиняється, а в γ-залізі розчиняється. Однак, експериментальна перевірка показує, що все-таки незначна кількість вуглецю розчиняється і в α-залізі. Пояснюється це наявністю в реальних решітках дефектів, особливо по границях зерен.
Основним конструкційним металічним матеріалом у промисловості є вуглецева сталь. Крім заліза і вуглецю в сталях є багато домішок. Вони можуть бути корисні та шкідливі, постійні та випадкові.
Як вуглець, так і кожна з домішок впливають на властивості сталі. Особливо на властивості сталі впливає вуглець. Навіть при незначній зміні кількості вуглецю помітно змінюються властивості сталі. На рисунку 3.1 показана залежність між кількістю вуглецю і механічними та фізичними властивостями сталі.
Рис. 3.1
Постійними домішками в сталі є марганець, кремній, фосфор, сірка, а також гази: водень, азот та кисень.