ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические свойства железа. Диаграмма состояния системы железо — углерод из "Общая химия Издание 22" 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. Этим было положено начало изучению диаграммы состояния Ре—С, а 1868 г. стал годом возникновения мегалловедешя — -а уюл о строении и свойствах металлов и сплавов. [c.673] Французский исследователь Ф. Осмонд стал пользоваться только что изобретенным Ле Шателье пирометром и уточнил значения критических точек . 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 райот, 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 современных методов. [c.673] Температура плавления железа равна 1539 5°С. Железо образует две кристаллические модификации а-железо и у Железо. Первая из них имеет кубическую объемноцентрированную решетку, вторая — 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 и выше 1394 °С энергия Гиббса а-железа меньше энергии Гиббса у-железа, а в интервале 912—1394 °С— больше. [c.673] Железо — серебристый пластичный металл. Оно хорошо под- дается ковке, прокатке и другим видам механической обработки. Механические свойства железа сильно зависят от его чистоты —. [c.674] 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 у-железе — гораздо лучше. Раствор в у-железе тер- модинамически устойчив в более ШИ роком интервале температур, чем чистое у-железо. Твердый раствор уг лерода 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 АН ЕСР — 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 РезС — фазы, богатой углеродом, — остающийся аустенит обогащается железом, так что при дальнейшем охлаждении его состав изменяется по кривой ЕЗ. В точке 5 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 /о 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 ста-ыми, а ссюержащие больше 2,14% углерода — 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] Вернуться к основной статье