8. Железо и сплавы на его основе

Температура плавления железа 1539 ⁰С. В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях  (ОЦК) и  (ГЦК). Температурная область существования -железа до 911⁰С и от 1392⁰С до 1539 ⁰С, соответственно температурная область -железа от 911⁰С до 1392⁰С.

Механические свойства железа характеризуются следующими величинами (I-техническое, II-прямого восстановления, III-сверхчистое):

Таблица 1. Механические свойства железа

Свойство	I	II	III
Предел прочности при растяжении, МПа	250	200	50
Предел текучести при растяжении, МПа	120	100	25
Удлинение, %	50	60	70
Сужение, %	85	90	100
Твердость, НВ	80	70	60

Железо со многими элементами образует твердые растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

Железоуглеродистые сплавы содержащие углерода менее 2,14% называются сталями, а более 2,14% С чугунами.

Растворимость углерода в железе зависит от того, в какой кристаллической форме существует железо. Твердый раствор углерода в -железе называется ферритом, а в -железе – аустенитом. Микроструктуры феррита и аустенита показаны на рис. 12.

Рис. 12. Микроструктура железа (×400): а – аустенит, б – феррит

У чистого железа превращение - происходит при постоянной температуре. У сплавов Fe-C это происходит в интервале температур. Растворимость углерода в -железе мала (менее 0,02 %) и существенно больше в -железе (до 2,00 %). Поэтому переход решетки железа во время охлаждения из одной модификации в другую сопровождается выделением высокоуглеродистой фазы – цементита.

Цементит (Fe₃C) – это химическое соединение углерода с железом (карбид железа), где углерода 6,67%, а остальное железо. Различают первичный цементит, выделившийся при кристаллизации из расплава, вторичный выделившийся из аустенита и третичный, выделившийся из феррита.

Феррит и цементит в структуре литых сталей образуют собственные отдельные фазы, состоящие целиком из феррита либо цементита. При этом существует фаза, состоящая из смеси феррита и цементита называемая перлитом.

9. Углеродистые стали

Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем 90% изготавливается, углеродистой стали и 10% легированной.

Углеродистая сталь промышленного производства это сложный по химическому составу сплав. Кроме основы – железа, содержание которого 97,0…99,5 % , в ней много других элементов, наличие которых обусловлено технологическими особенностями производства (Mn, Si), либо невозможностью полного удаления их металла (S, P, Ni, N, O), а также случайными примесями (Cr, Ni, Cu). В зависимости от способа выплавки (мартеновский, конвертерный и др.) стали различаются содержанием этих примесей.

Только углерод вводится в простую углеродистую сталь специально. Даже малые его добавки способны в значительной степени изменять свойства сталей.