ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические свойства железа. Диаграмма состояния системы железо — углерод из "Общая химия 1982" Температура плавлеьия железа равна 1539 5°С. Железо образует две кристаллические модификации а-железо и у-железо. Первая нз них имеет кубическую объемноцентрированную решетку, Еторая — кубическую гранецентрированную. а-Железо термодинамически устойчиво в двух интервалах температур ниже 912°С и от 1394 °С до температуры плавления. Между 912 и 1394 °С устойчиво у-железо. Температурные интервалы устойчивости а- и у-же-леза обусловлены характером изменения энергии Гиббса обеих модификаций при изменении температуры (см. рис. 166). При температурах ниже 912 н выше 1394 °С энергия Гиббса а-железа меньше энергии Гиббса у-железа, а в интервале 912—1394 X— больше. [c.673] Твердое железо обладает способностью растворять в себе многие элементы. В частности, растворяется в железе и углерод. Его растворимость сильно зависит от кристаллической модификации железа и от температуры. В а-железе углерод растворяется очень незначительно, в -железе — гораздо лучше. Раствор в у-железе термодинамически устойчив в более широком интервале температур, чем чистое ужелезо. Твердый раствор углерода в а-железе называется ферритом, твердый раствор углерода в у-же-лезе — аустенитом. [c.674] Содержанию в железе 6,67%(масс.) углерода отвечает химическое соединение — карбид железа, или цементит, РезС. Это вещество имеет сложную кристаллическую структуру и характеризуется высокой твердостью (близка к твердости алмаза) и хрупкостью. При температуре около 1600 °С цементит плавится . [c.674] Механические свойства феррита и аустенита зависят от содержания в них углерода. Однако при всех концентрациях углерода феррит и аустенит менее тверды и более пластичны, чем цементит. [c.674] Это самая важная часть диаграммы, поскольку практическое применение имеют сплавы железа, содержащие не более 5% углерода. [c.675] Левая ось диаграммы соответствует чистому железу, правая — карбиду РезС (цементиту). Точки А я D показывают температуру плавления железа и карбида, точки G и N — температуры превращений а- и у-железа друг в друга. [c.675] Линия AB D это кривая температур начала кристаллизации жидких сплавов, линия AHJE F — кривая температур начала плавления твердых сплавов. Все линии, лежащие ниже последней кривой, отвечают равновесиям между твердыми фазами. [c.675] Остальным областям диаграммы отвечают гетерогенные системы — смеси кристаллов двух фаз или кристаллов и расплава. [c.676] Рассмотрим важнейшие превращения, происходящие при медленном охлаждении расплавов различных концентраций. Это поможет нам разобраться в том, какие сплавы соответствуют областям гетерогенности диаграммы. [c.676] Пусть мы имеем расплав, содержащий 0,8% углерода. Его кристаллизация начнется в точке 1 (рис. 169). При охлаждении расплава до температуры, отвечающей этой точке, будут выпадать кристаллы аустенита их состав отвечает точке 2. Расплав при этом обогащается углеродом и его состав изменяется по линии ВС. Состав кристаллов в процессе кристаллизации изменяется по кривой 1Е. Когда состав кристаллов достигнет точки 3, кристаллизация закончится. Как всегда при образовании твердого раствора, одновременно идет процесс диффузии в твердой фазе, в результате чего при медленном охлаждении состав всех кристаллов получается одинаковым. [c.676] образовавшийся аустенит охлаждается без превращений до точки 5 (рис. 168). Эта точка (температура 727°С) показывает минимальную температуру устойчивого существования аустенита. При 727 °С происходит его эвтектоидный распад . Образующийся эвтектоид состоит из чередующихся мелких пластинок феррита и цементита. На изломе он при рассматривании под микроскопом напоминает перламутр. Поэтому эта структура — эвтектоидная смесь феррита и цементита — получила название перлит. [c.676] Если исходный расплав содержит более 0,8% углерода (но менее, чем 2,14%), например, 1,5% , то распад аустенита начнется с выделения цементита (точка 3 на рис. 170). Вследствие выделения ЕезС — фазы, богатой углеродом, — остающийся аустенит обогащается железом, так что при дальнейщем охлаледении его состав изменяется по кривой ES. В точке S начинается выделение перлита. В итоге получается сталь со структурой, состоящей из цементита и перлита. Таким образом, области 6 на диаграмме (рис. 168) отвечает смесь кристаллов цементита и аустенита, а области 11 — смесь перлита с кристаллами цементита. [c.677] Обратимся теперь к сплавам, содержащим более 2,14% углерода. Первичная кристаллизация в этом случае заканчивается эвтектическим превращением при 1147 С, когда из расплава, содержащего 4,3% углерода (точка С на рис. 168), выделяется эвтектический сплав аустенита и цементита. Если при этом исходить из расплава эвтектического состава (4,3% С), то кристаллизация начнется н закончится при одной и той же температуре 1147°С. В случае сплавов, содержащих меньше 4,3% углерода (но больше 2,14%), образованию эвтектики будет предшествовать выделение аустенита. При содержании углерода выше 4,3% кристаллизация начнется с выделения цементита, но по достижении точки С на диаграмме также будет наблюдаться образование эвтектики. Таким образом, в результате кристаллизации жидких сплавов, содержащих более 2,14% углерода, первоначально получается структура, состоящая либо только из эвтектики, либо из эвтектики с кристаллами аустенита или цементита. [c.677] В то же время, как мы видели раньше, при кристаллизации жидких сплавов, содержащих меньше 2,14% углерода, первоначально получается аустенит. Это различие в структуре при высоких температурах создает различие в технологических и механических свойствах сплавов. Эвтектика делает сплавы нековкими, но ее низкая температура плавления облегчает применение высокоуглеродистых сплавов как литейных материалов. Железоуглеродные сплавы, содержащие меньше 2,14% углерода, называются сталями, а сс ержащие больше 2,14% углеро да — чугунами. [c.677] Эта граница (2,14% углерода) относится к железоуглеродным сплавам, не содержащим других элементов. В присутствии третьего элемента вид диаграммы состояния изменяется, в частности границы устойчивости аустенита в некоторых случаях смещаются в сторону низких температур. [c.678] Рассматривая превращения, происходящие при охлаждении расплавов различного состава, мы смогли выяснить, какие сплавы соответствуют различным областям диаграммы. Но мы рассмотрели не все области диаграммы. Пользуясь тем же методом, нетрудно показать, какие сплавы отвечают остальным ее областям области 1 соответствует смесь жидкого расплава и кристаллов высокотемпературного феррита, области 2—смесь кристаллов высокотемпературного феррита и аустенита, области 4 — смесь жидкого сплава и кристаллов цементита, области 9 — смесь кристаллов феррита и цементита. [c.678] Вернуться к основной статье