ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические свойства железа. Диаграмма состояния системы железо — углерод из "Общая химия Издание 18" В 1868 г. Д. К. Чернов впервые указал на существование определенных температур ( критических точек ), зависящих от содержания углерода в стали и характеризующих превращения одной микроструктуры стали в другую, Эти.м было положено начало изучению диаграммы состояния Ре—С, а 1868 г. стал годом возникновения металловедения — науки о строении и свойствах металлов и сплавов. Французский исследователь Ф. Осмонд стал пользоваться только что изобретенным Ле Шателье пирометром и уточнил значения критических точек . [c.665] Он описал характер микроструктурных изменений, наблюдаемых при переходе через эти точки, и дал названия важнейшим структурам железоуглеродистых сплавов эти названия употребляются до сих пор. С тех пор учеными различных стран было выполнено огромное количество работ, посвященных изучению сплавов железа с углеродом и диаграммы состояния системы Ре—С. Такого рода работы проводятся и в настоящее время. В них уточняются положения линий на диаграмме состояния в связи с применением более чистых веществ и более точных и совершенных методов. [c.665] Температуры фазовых превращений железа хорошо видны на кривой охлаждения в виде остановок — горизонтальных площадок (см. рис. 168). Как видно, кроме площадок, отвечающих перечисленным точкам, на кривой охлаждения имеется еще одна остановка — при 768 °С. Эта температура связана не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств а-железа. При температурах выше 768°С железо немагнитно, а ниже 768°С — магнитно. Немагнитное а-железо иногда называют р-железом, а высокотемпературную а-модифика-цию — б-железом. [c.665] Механические свойства железа сильно зависят от его чистоты— от содержания в нем даже весьма малых количеств других эле- ментов. [c.666] Содержанию в железе 6,67 вес. % 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.666] 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.666] На рис. 169 приведена диаграмма состояния системы Ре—С в интервале концентраций от Ре до РезС. Она сложнее, чем рассмотренные в главе XVI основные типы диаграмм состояния металя --ческих систем. Однако все ее точки, кривые и области подобны тем, которые были описаны в 195. Особенности этой диаграммы обусловлены уже упомянутыми обстоятельствами существованием двух модификаций кристаллического железа, способностью обеих этих модификаций образовывать твердые растворы с углеродом, способностью железа вступать в химическое соединение с углеродом, образуя цементит. [c.667] Левая ось диаграммы соответствует чистому железу, правая — карбиду РбзС (цементиту). Точки Ли/) показывают температуру плавления железа и карбида, точки G и N — температуры превращений а- и Y-железа друг в друга. [c.667] Линия AB D это кривая температур начала кристаллизации жидких сплавов, линия АНJЕСР — кривая температур начала плавления твердых сплавов. Все линии, лежащие ниже последней кривой, отвечают равновесиям между твердыми фазами. [c.667] Остальным областям диаграммы отвечают гетерогенные системы — смеси кристаллов двух фаз или кристаллов и расплава. [c.668] Рассмотрим важнейшие превращения, происходящие при медленном охлаждении расплавов различных концентраций. Это поможет нам разобраться в том, какие сплавы соответствуют областям гетерогенности диаграммы. [c.668] Пусть мы имеем расплав, содержащий 0,8% углерода. Его кристаллизация начнется в точке 1 (рис. 170),—будут выпадать кри-сталы 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 ]Е. 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 -С, вес. % состав всех кристаллов получается одинаковым. [c.668] аустенит охлаждается без превращений до точки 5 (рис. 169). Эта точка (температура 727°С) показывает минимальную температуру устойчивого существования аустенита. При 727°С происходит его эвтектоидный распад. Образующийся эвтектоид состоит из мелких чередующихся пластинок феррита и цементита. На изломе он при рассматривании под микроскопом напоминает перламутр. Поэтому эта структура — эвтек-тоидная смесь феррита и цементита — получила название перлит. [c.668] 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. 171). Вследствие выделения РезС — фазы, богатой углеродом, — остающийся аустенит обогащается железом, так что его состгъз изменяется по кривой Е8. В точке 5 начинается выделение перлита. В итоге получается сталь со структурой, состоящей из цементита и перлита. Таким образом, области 6 на диаграмме (рис. 169) отвечает смесь кристаллов цементита и аустенита, а области 11 — смесь перлита с кристаллами цементита. [c.669] Обратимся теперь к сплавам, содержащим более 2,14% углерода. Первичная кристаллизация в этом случае заканчивается эвтектическим превращением при И47°С, когда из расплава, содержащего 4,3% углерода (точка С на рис. 169), выделяется эвтектический сплав аустенита и цементита. Если при этом исходить из расплава эвтектического состава (4,3% С), то кристаллизация начнется, и закончится при одной и той же температуре 1147°С. В случае сплавов, содержащих меньше 4,3% углерода (но больше 2,14 /о), 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.669] 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. Железноуглеродные сплавы, содержащие меньше 2,14% углерода, называются сталями, а содержащие больше 2,14% углерода — чугунами. [c.669] Закончим рассмотрение превращений, совершающихся в чугу-нах, при их охлаждении ниже 1147°С. При этой температуре к моменту окончания первичной кристаллизации аустенит содержит максимальное количество углерода —2,14%. При охлаждении растворимость углерода в аустените падает (кривая ЕЗ на рис. 169) и углерод выделяется из него, превращаясь обычно в цементит. По достижении температуры 727 °С весь остающийся аустенит, в том числе входящий в состав эвтектики, превращается в перлит. Из сказанного следует, что области 7 отвечает смесь эвтектики с кри-сталами аустенита и цементита, образовавшегося при распаде аустенита, области 8 — смесь эвтектики с кристаллами цементита. Поскольку при температурах ниже 727 °С аустенит эвтектики превращается в перлит, то областям 12 и 13, подобно области 11, отвечает смесь перлита и цементита. Однако сплавы, принадлежащие к, той и другой области, несколько различаются по структуре. Это различие обусловлено тем, что цементит сплавов области 13 образуется при первичной кристаллизации, а области 12 — при распаде аустенита. Таким образом, при температурах ниже 727 X чугун состоит из цементита и перлита. Как мы увидим ниже (см. 241), в некоторых случаях чугун может иметь и другую структуру. [c.670] Вернуться к основной статье