6. Кристаллизация металлов.

Все вещества могут находится в 3-х агрегатных состояниях: жидких, твёрдых, газообразных. В чистых металлах, при определённой t-ах происходит изменение агрегатного состояния. Твёрдое состояние сменяется при t-ах плавления, жидкое состояние сменяется газообразным при t-ах кипения.

• процесс перехода из жидкого состояния в твёрдое, называется первичной кристаллизацией;

• металлы кристаллизуются при постоянной t-ре, T_S – температура кристаллизации.

При достижении T_S на графике появляется горизонтальная площадка, отвод тепла на какое-то время компенсируется выделяющейся при кристаллизации теплотой. Эта теплота наз. скрытой теплотой.

По окончании кристаллизации, t металла снова начинает снижаться. T_n – температура переохлаждения.

ΔT = T_S – T_n – степень переохлаждения.

Физическая сущность: в 1838г. русский учёный Чернов изучал структуру литой стали и выяснил, что процесс кристаллизации состоит из 2-х элементарных процессов: 1) зарождение мельчайших частиц – центров кристаллизации; 2) рост зёрен из этих центров.

При t-х близких к T_S в небольших V-ах жидкого металла могут возникать определённые группировки атомов, в кот. их расположение близко к расположению атомов в твёрдом металле, эти группировки и являются основой для образования центров кристаллизации, способных к дальнейшему росту. Во всём объёме металла при понижении t возникает множество центров кристаллизации, вокруг кот. свободно растут кристаллы. Форма кристалла в этот момент геометрически правильная, друг от друга отличаются размерами и различной ориентировкой в пространстве, но как только растущие кристаллы придут в соприкосновение друг с другом, правильная геометрич. Форма нарушается.

В точках соприкосновения рост границ кристалла прекращается, а продолжается лишь в свободном направлении. В результате получается множество кристаллов неправильной формы, различно ориентированных в пространстве.

Кристаллы неправильной формы, наз. кристаллитами или зёрнами. Чем меньше зерно, тем оно прочнее. Измельчение зерна можно обеспечить введением специальных веществ (модификаторов), кот. играют роль искусственных центров кристаллизации.

Величина зерна имеет важное значение для эксплуатационных и технологических свойств материала. Крупно зернистый материал имеет низкую сопротивляемость ударам. При обтачивании имеет большую шероховатость. Размеры зёрен зависят от природы самого металла и от условий кристаллизации.

7. Д.С. Железо углерод. Классификация железо-углеродистых сталей.

Стали и чугуны многокомпонентные сплавы, основными элементами, определяющими их структуру и свойства.

Чистое железо – довольно мягкий, пластичный, малопрочный металл. Углерод – неметаллический полиморфный элемент.

Fe_α – ОЦК-решётка и Fe_γ – ГЦК-решётка. При t-е 768С – ОЦК, при 911С начинает не магнитить, при t-ре 911 ОЦК решётка переходит в ГЦК решётку. При t-ре 1392С ГЦК переходит в ОЦК решётку.

Д.С. имеет различные точки кристаллизации. Эти точки образуют линию начала кристаллизации ЛИКВИДУС (выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии).

Линии солидус – конец кристаллизации (ниже этой линии все сплавы в твёрдом состоянии).

Фазы:

Феррит – это твёрдый раствор углерода в Fe_α, ОЦК-решётка.

Аустенит – твёрдый раствор углерода в Fe_γ,ГЦК решётка, твёрдый раствор внедрения, в Fe_γ растворяется от 0,765 до 2,14%углерода.

Феррит и аустенит имеют зернистое строение.

Цементит – химическое соединение Fe + C = Fe₃C (карбид железа), содержащее 6,67% углерода, имеет сложную ромбическую решётку, имеет высокую прочность.

Перлит – Феррит + цементит, бывает зернистым или пластинчатым. Образуется при t-ре 727С.

Ледебурит – аустенит + цементит при t-ах выше 727С, и перлит +цементит при t-ах ниже 727С. Образуется при t-ре 1147С

Первичная кристаллизация начинается по достижении t-р линии ABCD и заканчивается при t-ах линии AHECF.

При кристаллизации выделяются кристаллы твёрдого раствора. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается AHJE.

Превращения, происходящие в твёрдом состоянии называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом (при охлаждении из Fe_γ в Fe_α) и распадом аустенита.

Доэфтектоидные стали при t-ах ниже 727С имеют структуру феррит+перлит, а заэфтектоидные перлит+цементит.

В доэфтектических чугунах в интервале t-р от 1147 до 727С из аустенита выделяется цементит вторичный, при достижении t527 аустенит превращается в перлит.

Классификация сплавов:

По содержанию углерода сплавы разделяются на техническое железо (до 0,02% углерода), стали (до 2,14% углерода) и чугуны (>2,14% углерода).

Техническое железо применяют в элекрто технике. Его структура – зёрна феррита с включениями Ц3.

Стали подразделяются на эвтектоидную (~0,765%С), доэвтектоидную (0,02…0,765%С) и заэвтектоидную (0,765…2,14%С).

Чугуны различают эвтектический (~4,3% С), доэвтектический (2,14…4,3% С) и заэвтектический (>4,3% С).