4. Дефекты в кристаллах

Причиной образования дефектов являются вакансии (место, где находился атом, обладающий большей энергией и перешедший с одного места на другое). На это место вакансии через некоторое время перемещается один из атомов соседнего слоя и т.д. Таким образом, вакансия перемещается вглубь кристалла. С повышением температуры количество вакансий увеличивается, и они чаще перемещаются из одного узла в другой.

К точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки, и замещенный атом, когда место атома одного металла замещается в кристаллической решетке другим, чужеродным атомом. Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки.

Линейные дефекты. В результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части решетки появилась как бы лишняя атомная плоскость (экстраплоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой, или линейной, дислокацией. Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного состояния. Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами. На границе раздела атомы кристалла расположены не так упорядочено, как в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разориентированы, т.е. могут быть повернуты относительно друг друга на десятки градусов.

полиморфное превращение — фаз. п., сост. в перестройке кристаллич. решетки из одной полиморфной модификации в др. (более стаб.) при измен, темп-ры, давл. или кон-цент, (см. Полиморфизм). П. п. происх. постеп. зарожд. центров и роста кристаллов новой фазы аналог, кристаллизации из жид. сост. Однако склонность к переохл. при п. п. в тв. сост. больше, чем при кристаллизации расплава, из-за упр. сопрот. исх. фазы образов, кристаллов новой фазы и меньшей диффуз. подвижности атомов в кристаллах. Возник, упр. напряжения при п. п. могут влиять на развитие превращ. (особ, при мартенсит, превращ.). На практике при нагреве и охлаждении с конеч. скор. п. п. в металлах происх. при разных темп-pax. Причем перегрев относит, критич. точки обычно меньше переохлажд. Разность темп-р п. п. при нагреве и охлаждении наз. гистерезисом п. п., тем больше, чем ниже темп-pa равновесия высокотемп-рной и низкотемп-рной модификаций. При п. п. происх. поглощ. тепла (энергии) при нагреве и выдел, тепла, если п. п. происх. при охлажа.;

5. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Основными компонентами, от которых зависят структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. Чистое железо — металл серебристо-белого цвета; температура плавления 1539°С. Железо имеет две полиморфные модификации. Модификация существует при температурах ниже 91°С и выше 1392°С; -железо — при температуре 911—1392°С. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие:

1. Феррит (Ф) — твердый раствор внедрения углерода 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; — относительное удлинение; — относительное сужение.

2. Аустенит (А) — твердый раствор внедрения углерода в -железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в -железе — 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 содержится 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 графитизированной стали содержится в виде включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.).

С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.

5. Перлит (П) — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности в ~ 800 МПа; относительное удлинение =15%; твердость 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 нежелательные неметаллические включения: окислы, нитриды, сульфиды, фосфиды — соединения с кислородом, азотом, серой и фосфором.