1. Накресліть криву охолодження заліза. Покажіть на ній температури критичних точок. Поясніть перетворення, які відбуваються в залізі при охолодженні.

Основи діаграми Fe - C заклав Д.К. Чернов, що зумів в 1868 р. візуально, без мікроскопа і пірометра ( по кольорах каління ), відкрити критичні точки фазових перетворень, їх залежність від вмісту вуглецю і передбачити взаємозв'язок структурних змін з властивостями сталі. Вивчення перетворень в залізовуглецевих сплавах не перетворюється до цих пір. Це пояснюється тим, що хоча сталі і чавуни - сплави багатокомпонентні, але основними елементами, що визначають їх структуру і властивості в рівноважному стані, є залізо і вуглець. Тому знання діаграми Fe - C необхідне для розуміння єства всіх перетворень, що відбуваються в сплавах при нагріві і охолоджуванні, для правильного вибору режиму термічної обробки і так далі.

Поліморфні перетворення

Здатність деяких речовин в твердому вигляді існувати в різних, таких, що відрізняються кристалічною структурою станах, стійких в певних інтервалах температур і тисків, називається поліморфізмом або алотропією. Кожен вид решітки такої речовини називається модифікацією, а перебудова одного типу решітки в інший – поліморфним перетворенням.

Алотропічні перетворення мають велике практичне значення для термічної обробки металів. Наприклад, можна нагріванням і наступним охолодженням металу в твердому стані досягти утворення дрібнозернистої будови кристала з крупнозернистої. При загартуванні сталей внаслідок перетворень, що відбуваються при низьких температурах, дістають мартенситну структуру (Fe_γ в Fe_α ).

Модифікації однієї і тієї ж речовини прийнято позначати грецькими буквами, передуючими його назві або хімічному символу. При цьому α позначає низькотемпературну модифікацію, β, γ, δ і так далі - модифікації, що утворюються при підвищенні температури (наприклад, Fe_α, Fe_γ).

Як і плавлення (кристалізація), поліморфний перехід в металах супроводжується виділенням або поглинанням теплоти. Він відбувається при постійній температурі, що пов'язане з необхідністю витрати енергії на перебудову кристалічної решітки. Тому перебудова решітки називається також вторинною кристалізацією. Кожна модифікація має свою ділянку температур, при яких вона стійка. При поліморфних перетвореннях металів основне значення має температура. Перетворення однієї алотропічної форми на іншу відбувається при постійній температурі, званою т е м п е р а т у р о ю поліморфного перетворення, і супроводжується тепловим ефектом, подібно до явищ плавлення-твердіння або випар-конденсація. Це пов'язано з необхідністю витрати певної енергії на перебудову кристалічної решітки.

На кривих охолодження поліморфному перетворенню відповідає горизонтальний відрі­зок сталої температури, завдяки виділенню прихованої теплоти перекристалізації. Близько 30 металів мають два, а іноді й три різні типи елементарних кристалічних комірок. Кристалічну будову, стійку при низьких температурах, позначають грець­кою літерою α, при високих температурах — літерою β, при ще вищих — літерою γ і т.д. Перелічені грецькі літери у вигляді індексів долучають до символу хімічного елемента (наприклад, Fе_α, Fе_γ, Ті_α, Ті_β, Sn_α, Sn_β). Дуже швидке охолоджування може привести до фіксації при низьких температурах високотемпературної модифікації, яка здатна тривалий час не перебудовуватися в кристалічну решітку з меншою вільною енергією. Подібний стан називається метастабільним (нестійким). Воно існує із-за малої дифузійної рухливості атомів при низьких температурах. Поліморфне перетворення супроводжується стрибкоподібною зміною всіх властивостей металів або сплавів: питомого об'єму, теплоємності, теплопровідності, електричної провідності, магнітних властивостей, механічних і хімічних властивостей і так далі

Література:

1). Попович В.В., Попович В.В. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: Підручник. – Львів: Світ. 2006. – 624 с. 2). Алаи С.И. и др. Технология конструкционных материалов. – М: Просвещение, 1986. – 303 с. 3). Кнорозов Б.В. Технология металлов и материаловедение. М: Металлургия, 1987. – 800 с. 4). Кузін О.А. Металознавство та термічна обробка: Підручник. – Львів: Афіша, 2002. – 304 с.