Раздел 4. Железоуглеродистые сплавы. Диаграммы состояния железо-цементит, железо-графит. Классификация, маркировка и применение сталей Лекция 7

1. Компоненты в системе железо – углерод.

2. Структурные составляющие системы железо-углерод

3. Диаграмма состояния железо – цементит

1.Компоненты в системе железо – углерод. Железо

В промышленности чистое железо практически не используется, а наиболее широко применяются его сплавы. Основными из них являются системы железа с углеродом называемые сталями и чугунами.

Диаграмма состояний сплавов в системе железо- углерод дает первостепенные представления и понятия о строении и свойствах их составляющих.

Однако прежде, чем начать рассмотрение самой диаграммы, следует ознакомиться со свойствами и структурой чистых компонентов системы и продуктами их различного взаимодействия.

Железо – химический элемент IV периода VIII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Химический знак Fe, атомный номер 26, радиус 0,127 нм, масса 55,85, металл.

Железо является одним из наиболее распространенных элементов в природе, уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию. Общее его содержание в земной коре составляет 5,1 %. В свободном виде оно находится в падающих на землю метеоритах. Распространены в природе различные соединения железа. Оно входит в состав большинства горных пород и минералов, из которых состоят месторождения железных руд. Основными из них являются следующие железняки: магнитный или магнетит - Fe₃O₄, красный или гематит - Fe₂O₃, бурый или гетит и лимонит - Fe₂O₃ и шпатовый или сидерит FeСO₃. В природе в больших количествах часто встречается железный или серный колчедан (пирит) - FeS₂, который служит сырьем для производства серной кислоты.

В зависимости от температуры окружающей среды железо может существовать в четырех аллотропических или полиморфных модификациях.

До 768 С металл имеет объемноцентрированную кубическую решетку (К8) с периодом 0,286 нм и ферромагнитными свойствами, его обозначают -Fe.

При 768 С оно переходит в -Fe. У него исчезают ферромагнитные свойства и железо становится парамагнитным, но кристаллическая структура его существенно не меняется. Критическую точку, соответствующую магнитному превращению, т. е. переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное называют точкой Кюри. При 911 С происходит полиморфное превращение с трансформацией решетки в гранецентрированную кубическую (К12) с периодом d = 0,356 нм. Сам металл остается парамагнитным. Это -Fe. При видоизменении наблюдается сжатие. Объемный эффект сжатия составляет примерно 1,0 %. В точке 1392 С совершается новый аллотропный переход, при котором образуется -Fe с объемноцентрированной кубической решеткой. Это строение железо сохраняет до температуры плавления. Данная модификация - парамагнитна.

Температура плавления железа 1539  5 °С, плотность –7,68 - 7,85 г/см³. Металл обладает невысокой твердостью и прочностью НВ  80, _в  25 кгс/мм²; _0,2 = 12 кгс/мм² и хорошей пластичностью;  = 50 %;  = 80 %. Для поликристаллического железа, содержащего 99,8 - 99,9 % Fе, максимальная магнитная проницаемость _max = (6,28  12,5)·10^-3 Г/м и коэрцитивная сила Н_с = 39,8  79,6 А/м; для чистого металла с 99,99 % Fе _max = 35,2·10^-3 Г/м и Н_C  1,99 А/м. Коэффициент линейного расширения железа составляет 11,710^-6 °C^-1, удельное электросопротивление равно 1010⁴ Ом·м и теплопроводность 83,6 Вт/(м·К).