2.3. Полиморфные превращения в железе

Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в различных кристаллических формах. Различные формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определённой температуре. Полиморфные модификации обозначают строчными греческими буквами α, β, γ, δ и т.д.

Б ольшое значение в технике имеют полиморфные превращения (перекристаллизация) в железе. На рис. 2.1 представлена кривая охлаждения чистого железа от расплавленного состояния до комнатной температуры. До температуры 1539ºС железо остаётся жидким. При температуре 1539 ºС начинается кристаллизация и образуется δ-железо, имеющее кубическую объёмно-центрированную решётку; между температурами 1392 и 911ºС происходит перестройка этой решётки в новую модификацию – γ-железо с образованием кубической гранецентрированной решётки. Ниже температуры 911ºС железо переходит в новую форму – α-железо с кубической объёмно-центрированно1 решёткой, отличной от δ-железо расстоянием между атомами . При температуре 768ºС происходит последняя температурная остановка с образованием магнитной формы α-железо, в которой сохраняется объёмно- центрированная решётка. Магнитное превращение при 768ºС не является полиморфным, так как при нём не происходит изменения кристаллической решётки.

2.4. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Все железоуглеродистые сплавы делятся на два больших класса: стали (с содержанием углерода до 2,14%) и чугуны (с содержанием углерода более 2,14%). Стали и чугуны являются наиболее широко используемые в технике материалы. Поэтому изучение диаграммы Fe – C является необходимым условием правильного выбора марок сталей или чугунов, а также режимов их термической и технологической обработок.

Диаграмма состояния показывает строение сплава в зависимости от соотношения компонентов и от температуры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения сплавов. В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения имеется две критические точки. Критическими точками называются температуры начала и конца фазовых превращений. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (t_л) (от лат.liquidus – редкий, очевидный), начинается кристаллизация. В нижней критической точке, которая называется солидус (t_с) (от лат. solidus – твёрдый), кристаллизация завершается.

Диаграмму состояния строят в координатах температура - концентрация углерода. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов различных концентраций. При построении диаграммы критические точки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие.

Линия диаграммы состояния, на которой при охлаждении начинается кристаллизация сплава, называется линией ликвидус, а линия, на которой кристаллизация завершается, - линией солидус.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов даёт представление о строении основных конструкционных сплавов – сталей и чугунов.