- •Курс “ технология конструкционных материалов и материаловедение”
- •§ 2. История развития науки.
- •§ 3. Классификация металлических и
- •§ 4. Методы исследования металлов и сплавов.
- •§ 5. Типы связей в металлических телах.
- •§ 6. Атомно-кристаллическое строение металлов.
- •§ 7. Анизотропия свойств металлов.
- •§ 8. Особенности кристаллического строения реальных кристаллов.
- •§ 8. Диффузия.
- •§ 9. Кристаллизация металлов.
- •§ 10 Механизм процесса кристаллизации.
- •§ 11. Число центров кристаллизации и скорость
- •§ 12. Несамопроизвольная кристаллизация.
- •§ 13. Строение металлического слитка.
- •§ 14. Аллотропия.
- •§ 15. Полиморфные превращения.
- •Глава II
- •§ 1. Сплав, система, компонент, фаза.
- •§ 2. Фазы в металлических сплавах.
- •§ 3. Механические смеси.
- •§ 4. Правило фаз.
- •§ 5. Диаграммы состояния двойных сплавов.
- •§ 6. Методика построения диаграмм состояния.
- •§ 7. Правило отрезков.
- •§8. Диаграмма состояния второго типа
- •§ 9. Диаграмма состояния III типа (для случая ограниченной растворимости компонентов в твёрдом состоянии)
- •§10. Диаграмма состояния VI типа для сплавов,
- •§11. Диаграмма состояния V типа для сплавов, компоненты
- •§12. Связь между диаграммами состояния,
- •§13. Понятие о диаграммах состояния
- •Глава III Железо и его сплавы
- •§ 1. Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
- •§ 2. Диаграмма состояния железо-цементит
- •§ 3. Первичная кристаллизация сплавов.
- •§ 4 . Вторичная кристаллизация железоуглеродистых сплавов.
- •§ 5. Диаграмма состояния железо-графит
- •§ 6. Классификация чугунов.
- •§ 7 . Классификация углеродистых сталей
Глава III Железо и его сплавы
Диаграмма железо-углерод.
В промышленности наиболее широко распространены сплавы железа с углеродом. Около 93% используемых в мире конструкционных материалов составляют стали и чугуны. Для получения различных эксплуатационных свойств в стали и чугуны вводят легирующие элементы.
§ 1. Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
Компоненты– железо и углерод.
Чистое железо. Это металл серебристо- белого цвета. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее время, содержит 99,999%Fe. Технические сорта железа содержат 99,8…99,9%Fe. Температура плавления железа – 1539º.Железо имеет две полиморфные модификации -и. Модификациясуществует при температуре ниже 768ºС. Кристаллическая решётка-железа – ОЦК. До 768º-железо магнитно. Критическую точку 768º, соответствующую магнитному превращению, т. е. переходу от ферромагнитного к парамагнитному состоянию, называют точкой Кюри и обозначают А2. В интервале температур 768˚ до 911˚ существует модификация железа – β, которая также имеет кристаллическую решетку ОЦК, но с другим параметром.
При температуре 911…1392ºС существует -железо. Его решетка – ГЦК, оно парамагнитно. Критическую точкупревращения при 911º обозначают Ас3при нагреве и Аr3при охлаждении. Критическую точку переходапри 1392º обозначают Ас4при нагреве и Аr4при охлаждении.
Плотность -железа 7,68 г/см3.
Плотность -железа выше и равна 8,0…8,1 г/см3
δ
γ
β
α
Рис. Кривая охлаждения чистого железа.
Углерод. Является неметаллическим элементомIIпериодаIVгруппы. Температура плавления 3500ºС. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза.
Углерод растворим в железе в жидком и твёрдом состоянии, а также может быть в виде химического соединения – цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.
Фазы.
В системе Fe-Cразличают следующие фазы: жидкая фаза, твёрдые растворы – феррит и аустенит, а также цементит и графит.
Феррит (Ф)– твёрдый раствор углерода в-железе.
Атом углерода располагается в решётке феррита в центре грани куба, а также в вакансиях, на дислокациях.
Различают низкотемпературный -феррит с растворимостью углерода до 0,02% при температуре 727˚С и высокотемпературный-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1% при температуре 1499ºС.
При комнатной температуре феррит растворяет 0,006% С и имеет низкие механические свойства: НВ 80…90, =50%,=25 кгс/мм2. Под микроскопом феррит выглядит в виде однородных светлых зерен.
Аустенит(А) – твердый раствор углерода в-железе.
Атом углерода в решетке -железа располагается в центре элементарной ячейки и в дефектных областях металла.
Предельная растворимость углерода в -железе 2,14% при температуре 1147º и 0,8% при температуре 727ºС.
Аустенит мягок, пластичен, НВ 160…200, =40…50%.
Под микроскопом выглядит в виде светлых зерен неправильной формы.
Цементит. Это химическое соединение железа с углеродом – карбид железаFe3С. В нём содержится 6,67% С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления приблизительно 1600ºС. До температуры 210ºС (т. А0) цементит ферромагнитен. К характерным особенностям цементита относится высокая его твёрдость НВ 800…850 и очень малая пластичность=0%. Цементит является метастабильной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.
Графит. Кристаллическая решётка графита гексагональная слоистая. Графит мягок и обладает низкой прочностью.