- •10. Железо и его сплавы
- •10.1. Компоненты в системе железо–углерод (цементит)
- •10.2. Характеристика фаз в системе железо–углерод (цементит)
- •10.3. Характеристика фазовых превращений
- •10.3. Кривые охлаждения сплавов
- •10.4. Классификация углеродистых сталей
- •10.5. Зависимость свойств углеродистых сталей
- •10.6. Чугуны
- •10.6.1 Чугуны с графитовыми включениями
Лекция 7 (Fe_C)
10. Железо и его сплавы
10.1. Компоненты в системе железо–углерод (цементит)
сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Сталь и чугун – представляют собой сплавы железа с углеродом. Сплавы, содержащие до 2%С называют сталями, а свыше 2%С – чугунами.
основой для анализа формирования структуры сталей и чугунов является диаграмма состояния Fe–C (Fe– Fe3C) (рис.10.2). Fe – C - диаграмма стабильного равновесия (пунктирные линии);. Fe – Fe3C - диаграмма метастабильного равновесия (сплошные линии).
Диаграмма состояния Fe – Fe3C является основной, т. к. в соответствии с ней происходят фазовые превращения при охлаждении в углеродистых сталях и белых чугунах.
Железо – полиморфный металл серебристого цвета с Тпл=1539С, который имеет 2 аллотропические модификации:
Fe (ОЦК) Fe (ГЦК) Fe (ОЦК)
-
феррит
аустенит
феррит
Рис. 10.1. Зависимость энергии Гиббса G ОЦК и ГЦК модификаций железа от температуры t
Углерод является неметаллическим элементом. Тпл=3500С. углерод имеет слоистую гексагональную решётку, менее плотную, чем железо. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях (образует растворы внедрения), а также может находиться в виде химического соединения Fe3C – цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.
10.2. Характеристика фаз в системе железо–углерод (цементит)
Рис. 10.2. Диаграмма состояния железо – углерод
В системе Fe–C различают следующие фазы:
1. L – жидкий раствор неограниченной растворимости углерода в железе;
2. Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в ОЦК-Fe. Различают низкотемпературный -феррит (Fe) с растворимостью до 0,02% С (точка Р) и высокотемпературный -феррит (Fe) с предельной растворимостью до 0,1% С (точка Н). Феррит существует при температурах:
-
Феррит
F e (ОЦК) t 911C
Fe (ОЦК) 1392C t 1539С
3. Аустенит (g, А) – твердый раствор внедрения углерода в ГЦК-Fe (Fe). Предельная растворимость углерода в Fe, достигаемая при 1147С равна 2,14% С и характеризуется точкой Е.
Аустенит существует в интервале температур 911–1392С. фазовое превращение Fe Fe протекает при температуре 911С (точка G). Превращение Fe Fe протекает при 1392С (точка N).
Аустенит Fe (ГЦК) 911C t 1392С
Fe Fe t =911С (точка G)
Fe Fe t =1392С (точка N)
4. Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C. В цементите содержится 6,67% С. цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления варьируется по разным данным в интервале 1250С (точка D). Цементит обладает высокой твёрдостью и хрупкостью (НВ Fe3C 800, в то время как, НВa 80 и НВg 200), т.е. феррит и аустенит – пластичные фазы.
5. Графит (Г) – имеет гексагональную слоистую решетку. Графит мягкий и имеет низкую прочность.