20. Диаграмма состояния сплавов,

образующих химические

соединения

Сплавы, имеющие химическое соединение ком-

понентов А и В , имеют сложную диаграмму состоя-

ния. Химическое соединение обозначают АmВn, т.е. в

соединении на m атомов компонента А приходится n

атомов компонента В. Химические соединения пред-

ставляют собой сложное соединение с одной точкой

плавления, в отличие от сплавов, у которых таких точ-

ки две.

В данной системе различают три фазы:

1) жидкий раствор;

2) твердый раствор компонента В в компоненте А

(фаза ) (см. рисунок);

3) твердый раствор компонента А в компоненте

В (фаза ).

Данная диаграмма как бы составлена из диаграмм

для двух систем:

1) компонент А — химическое соединение АmВn;

2) компонент В — химическое соединение АmВn.

В сплавах левее точки С компонента А имеется

больше, чем входит в химическое соединение АmВn.

В этих сплавах левее точки промежуточного состоя-

ния образуется эвтектика + АmВn. В сплавах правее

точки С компонента В больше, чем может входить в

химическое соединение АmВn. В этих сплавах образу-

ется эвтектика АmВn+ .

Между составом и структурой сплава, определяемой

типом, диаграммой состояния и свойствами

сплава, имеется определенная зависимость (прави-

ло Н .С. К урнакова). В механических смесях свой-

ства (твердость Н, электропроводность Е, вязкость,

хрупкость и др.) изменяются линейно. В твердых

растворах свойства изменяются по криволинейной

зависимости. В химических соединениях свойства

выражаются ломаными линиями.

При концентрации, соответствующей химическому

соединению, отмечается характерный перелом на

кривой свойств, так как химические соединения об-

ладают индивидуальными свойствами, отличающи-

мися от свойств компонентов. По диаграммам можно

определять и технологические свойства сплавов,

что облегчает выбор материала для изготовления из-

делий.

21. Структурные составляющие

железоуг леродистых сплавов

Основными компонентами, от которых зависят

структура и свойства железоуглеродистых сплавов,

являются железо и углерод. Чистое железо — ме-

талл серебристо-белого цвета; температура плавле-

ния 1539°С. Железо имеет две полиморфные моди-

фикации: и . Модификация существует

при тем-

пературах ниже 91°С и выше 1392°С; -железо — при

температуре 911—1392°С. В зависимости от темпе-

ратуры и концентрации углерода железоуглеродис-

тые сплавы имеют следующие структурные составля-

ющие:

1. Феррит (Ф) — твердый раствор внедрения угле-

рода в -железе. Растворимость углерода в -железе

при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая

растворимость — 0,02% при 727°С. Феррит имеет не-

значительную твердость (НВ = 80—100) и прочность

(в = 250 МПа), но высокую пластичность (= 50%;

= 80%), где в — предел прочности; — относи-

тельное удлинение; — относительное сужение.

2. Аустенит (А) — твердый раствор внедрения уг-

лерода в -железе. В железоуглеродистых сплавах он

может существовать только при высоких температу-

рах. Предельная растворимость углерода в -желе-

зе — 2,14% при температуре 1147°С и 0,8% — при

727°С. Аустенит имеет твердость НВ = 160—200 и

весьма пластичен (= 40—50%).

3. Цементит (Ц) — химическое соединение железа

с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите со-

держится 6,67% углерода. Температура плавления

цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ ~ 800),

хрупок и практически не обладает пластичностью.

4. Графит — это свободный углерод, мягок (НВ = 3)

и обладает низкой прочностью. В чугунах и графити-

зированной стали содержится в виде включений раз-

личных форм (пластинчатой, шаровидной и др.).

С изменением формы графитовых включений меня-

ются механические и технологические свойства спла-

ва.

5. Перлит (П) — механическая смесь феррита и це-

ментита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может

быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что

зависит от формы цементита и определяет механи-

ческие свойства перлита. При комнатной температу-

ре зернистый перлит имеет предел прочности в ~

800 МПа; относительное удлинение =15%; твер-

дость НВ = 160.

6. Ледебурит (Л) — механическая смесь аустенита

и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит

образуется при затвердевании жидкого расплава при

1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ = 600—700 и

большую хрупкость.

Помимо перечисленных структурных составляющих,

в железоуглеродистых сплавах могут быть нежела-

тельные неметаллические включения: окислы,

нитриды, сульфиды, фосфиды — соединения с кис-

лородом, азотом, серой и фосфором.