19. Железо, аллотропические модификации железа.

Железо при охлаждении от жидкого состояния до температуры 15-20° претерпевает внутренние превращения, выражающиеся четырьмя критическими точками. При 1540° оно кристаллизуется в виде модификации σ-Fе с кристаллической решеткой в объемно-центрированный куб; при 1400° σ-Fе переходит в γ-Fе модификацию железа, образуя гранецентрированную кристаллическую решетку; при 910° γ-Fе переходит в α-Fе модификацию железа, кристаллизуясь в гранецентрированную кубическую решетку. При 768° немагнитное железо переходит в магнитное α-Fе.(магнитное σ-Fe=немагнитному β-Fe)

Модификации железа обладают различными свойствами: γ-Fе относительно хорошо растворяет углерод, образуя твердый раствор внедрения, который называется аустенитом. Максимальная растворимость углерода в α-Fе при 1130° составляет 2% . В α-Fе при 723° максимально растворяется 0,02% углерода. Твердый раствор углерода в α-Fе называют ферритом.

20. Строение и свойства фаз и структурных составляющих в сплавах железо-углерод.

Основные фазы:

• Феррит-твердый раствор внедрения углерода в α-железо с предельной концентрацией С=0,02% при Т=727; сталь со структурой феррита ферромагнитна до Т=770, имеет малую твердость и высокую пластичность, ОЦК-решетка.

• Цементит(Fe₃C)-химическое соединение железа с углеродом(6,67% С); ферромагнитен до Т=210, имеет высокие твердость и хрупкость.

• Перлит-механическая смесь(эвтектоид) Ф+Ц, образующаяся при эвтектоидном распаде аустенита(0,8% С); ферромагнитен, высокие твердость и прочность.

• Аустенит-твердый раствор углерода в γ-железе с предельной концентрацией углерода 2,14% при Т=1147, с понижением температуры до 727 концентрация углерода уменьшается до 0,8%; имеет высокие пластичность и вязкость, немагнитен, ГЦК-решетка.

• Ледебурит(4,3% С)-механическая смесь(эвтектика) А+Ц; ниже Т=727 аустенит превращается в перлит, при этом образуется смесь П+Ц=ледебурит превращенный.

• Графит-углерод в свободном состоянии, образующийся в чугунах в результате распада цементита при медленном охлаждении; немагнитен, мягок, имеет низкую прочность.

• Жидкость-в жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

21. Метастабильная диаграмма Fe-Fe3c и стабильная Fe-c

Диаграмма фазового равновесия (диаграмма состояния) железо-углерод — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Железо образует с углеродом химическое соединение Fe3C цементит. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до 6,67 %, то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до цементита. Поскольку цементит фаза метастабильная, то и соответствующая диаграмма называется метастабильной (сплошные линии на рисунке). Для серых чугунов и графитизированных сталей необходимо рассматривать стабильную диаграмму железо-графит (Fe-Гр), поскольку именно графит является стабильной фазой. Цементит образуется намного быстрее графита и во многих сталях и белых чугунах может существовать достаточно долго. В серых чугунах графит существует обязательно.