Глава III Залізо і його сплави

Діаграма залізо-вуглець.

У промисловості найбільше широко поширені сплави заліза з вуглецем. Близько 93% використовуваних у світі конструкційних матеріалів становлять сталі й чавуни. Для одержання різних експлуатаційних властивостей у сталі й чавуни вводять легуючі елементи.

§ 1. Компоненти й фази в системі залізо-вуглець.

Компоненти– залізо й вуглець.

Чисте залізо. Це метал сріблясто- білих кольорів. Чисте залізо, що може бути отримане в цей час, містить 99,999% Fe. Технічні сорти заліза містять 99,8...99…99,9%FeТемпература плавлення заліза – 1539º.Залізо має дві поліморфні модифікації - і. Модифікаціяіснує при температурі нижче 768ºС. Кристалічнарешітка -заліза –ОЦК. До 768º -залізомагнитно. Критичну крапку 768º, що відповідає магнітному перетворенню, тобто переходу від феромагнітного до парамагнітного стану, називають крапкою Кюрі й позначають А₂. В інтервалі температур 768? до 911? існує модифікація заліза - ?, що також має кристалічну решітку ОЦК, але з іншим параметром.

При температурі 911…1392ºЗ існує -залізо. Йогорешітка – ГЦК, воно парамагнитно. Критичну крапку перетворення при 911º позначають Ас₃ при нагріванні й Аr₃ при охолодженні. Критичну крапку переходу при 1392º позначають Ас₄ при нагріванні й Аr₄ при охолодженні.

Щільність -залоза 7,68г/см³.

Щільність -залоза вище й дорівнює 8,0...8…8,1г/див³

?

?

?

?

Рис. Крива охолодження чистого заліза.

Вуглець. Є неметалічним елементом II періоду IVгруппы. Температура плавлення 3500?С. Вуглець полиморфен. У звичайних умовах він перебуває у вигляді модифікації графіту, але може існувати й у вигляді метастабільної модифікації алмаза.

Вуглець розчинний у залозі в рідкому й твердому стані, а також може бути у вигляді хімічної сполуки - цементиту, а у высокоуглеродистых сплавах і у вигляді графіту.

Фази.

У системі Fe-C розрізняють наступні фази: рідка фаза, тверді розчини - феррит і аустеніт, а також цементит і графить.

Феррит (Ф) – твердий розчин вуглецю в -залозі.

Атом вуглецю розташовується в решітці феррита в центрі грані куба, а також у вакансіях, на дислокаціях.

Розрізняють низькотемпературний -феррит з розчинністю вуглецю до 0,02% при температурі 727˚З і високотемпературний -феррит із граничною розчинністю вуглецю 0,1% при температурі 1499ºС.

При кімнатній температурі феррит розчиняє 0,006% С и має низькі механічні властивості: НВ 80...90…90,=50%,=25кгс/мм². Під мікроскопом феррит виглядає у вигляді однорідних світлих зерен.

Аустеніт (А) – твердий розчин вуглецю в -залозі.

Атом вуглецю в решітці -заліза розташовується в центрі елементарногоосередку й у дефектних областях металу.

Гранична розчинність вуглецю в -залозі 2,14% при температурі 1147º і 0,8% при температурі 727?С.

Аустеніт м'який, пластичний, НВ 160…200,=40…50%...

Під мікроскопом виглядає у вигляді світлих зерен неправильної форми.

Цементит. Це хімічна сполука заліза з вуглецем – карбід заліза Fe₃С. У ньому втримується 6,67% С. Цементит має складну ромбічну решітку із щільним упакуванням атомів. Температура плавлення приблизно 1600ºС. До температури 210ºЗ (т. А₀) цементит ферромагнитен. До характерних рис цементиту ставиться висока його твердість НВ 800…850і дуже мала пластичність =0%. Цементитє метастабільною фазою. В умовах рівноваги в сплавах з високим змістом вуглецю утвориться графіт.

Графить. Кристалічна решітка графіту гексагональна шарувата. Графить м'який і має низьку міцність.