12. Сплавы железа с углеродом. Полиморфизм железа.
Существование одного Ме в нескольких кристаллических формах – полиморфизм или аллотропия. Запас свободной энергии зависит от температуры. В одном интервале т-р более устойчивой явл модификация α, в другой – γ. Переход осущ.при т-ре полиморфного превращения. (для железа 911оС и 1392 оС). Переход γ α сопровождается уменьшением координационного числа и компактности. Если бы это не компенсировалось уменьшением атомного радиуса, то железо увеличивалось бы в объеме на 9%, а на самом деле на 1%.
Точка Кюри – переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное (выше 768° железо не магнит). Феррит – твердый раствор углерода в α-железе, имеет крист. решетку ОЦК и существует при температуре, равной или ниже 727°С. Максимальная растворимость углерода равна 0,02%. Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, имеет крист. решетку ГЦК. Максимальная растворимость углерода равна 2,14%. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C, содержит 6,67% углерода, имеет сложную крист. решетку, не испытывает аллотропических превращений.
13 Диаграма состояния железо – углеродистых сплавов.
Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения и химические соединения.
Сталями называются сплавы, содержащие до 2,14% углерода. Чугуны имеют в своем составе от 2,14 до 6,67% углерода. Различают: техническое железо - сплавы, содержащие до 0,02% углерода., доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные стали - сплавы
В доэвтектоидных сталях весь углерод находится в перлите. Увеличение содержания углерода приводит к увеличению перлита в структуре доэвтектоидных сталей и вторичного цементита в структуре заэвтектоидных сталей (здесь вторичный цементит выделяется главным образом в виде тонкой сетки по границам зерен перлита). Пи 727 оС А0,8%С (Ф0,02%С + Ц6,67%С) – эвтект. превращ.
Белым называется чугун - практически весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Различают доэвтектические (С < 4,32 %), эвтектические (С=4,32 %) и заэвтектические (С>4,32 %) белые чугуны. Ж4,3 % С (А2,14 % С + Ц6,67 % С) -эвтект. превращ.
Структура механической смеси аустенита и цементита, содержащей 4,32 %С, называется ледебуритом ( Л ). Вторичная кристаллизация в чугунах на линии PSK п аналогична вторичной кристаллизации в сталях и сводится к распаду аустенита на феррито-цементитную смесь. Ледебурит превращенный (Лпр ), в отличие от ледебурита, состоит из смеси перлита и цементита, также содержащей 4,32 % С. Вторичный цементит, выделяющийся из зерен аустенита при охлаждении сплава от 11470 до 7270С обычно сливается с цементитом ледебурита.
14. Углеродистые стали, хим состав классификация, маркировка. Углеродистая сталь – аллотропный по хим. составу сплав.
Классификация углеродистых сталей: 1). По способу выплавки: мартеновские, бессемеровские, конверторные. 2). По способу раскисления: спокойные (полное раскисление металла в печи, содержит мин. количество FeO (закиси), что обеспечивает спокойное застывание); кипящие (недостаточно раскислены, имеют большое количество закиси железа, которая реагирует с углеродом металла, образуя окись углерода СО); полуспокойные (промежуточного типа). 3). По качеству: обыкновенного качества – наиболее дешевые стали, меньше очищены от вредных примесей S и Р и качественные. Группа А – поставляются с гарантированными механическими свойствами без уточнения хим. состава. Чем больше цифра, тем больше предел прочности. Группа Б – поставляются с гарантированным хим. составом (содержание углерода). Чем больше цифра, тем больше содержится углерода. Группа В – поставляются с гарантированным хим. составом и механическими свойствами. Мех. свойства соответствуют аналогичной стали группы А, а хим. состав – группы Б, качественные углеродистые стали – выплавляются мартеновским способом, высокие требования относительно хим. состава и шихты. Цифра показывает содержание углерода в сотых долях процента. У – инструментальная сталь. Содержание углерода в десятых долях процента. А – автоматные стали. Р = 0,08-0,15%. Цифра показывает содержание углерода в сотых долях процента. S – вызывает явление красноломкости – разрушение металла в красном состоянии. Повышает коррозию, ухудшает свариваемость, снижает пластичность и вязкость. Р – растворяется в феррите и повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние. Повышает порог хладноломкости – разрушения металла при отрицательных температурах, способствует ликвации, снижает пластичность и вязкость. Порог хладноломкости – критическая температура хрупкости, температура вязко-хрупкого перехода.
Все примеси углеродистых сталей бывают: технологические(постоянные) – Mn, Si; случайные – Cr, Ni; скрытые – S, P, O2. Mn<0.8% – раскислитель, растворяется в феррите, повышает прочность, Si<0.5% - повышает пластичность и вязкость, S<0.05% - вызывает явление ломкости (разрушение в красном состоянии) повышает коррозию, ухудшает свариваемость, P<0.05% растворяется в феррите и повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние.