Раздел 3. Диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов

1. Понятия: компонент, фаза, твердый раствор, кристаллизация

2. Классификация Fe+C сплавов по содержанию углерода.

3. Классификация сталей, маркировка, свойства, применение.

4. Чугуны, маркировка, свойства применение.

3.1 Понятия: компонент, фаза, твердый раствор, кристаллизация

Железо является основным компонентом сталей, чугунов и обладает полиморфизмом. На рисунке 2 приведена кривая охлаждения железа с температурами полиморфных превращений.

Рисунок 2 - Кривая охлаждения железа

Железо имеет две температуры полиморфного превращения 911 ⁰С и 1392 ⁰С.

Ниже 911 0С железо имеет кубическую объемноцентрированную ячейку (ОЦК)

При 911 ⁰С решетка перестраивается в кубическую гранецентрированную (ГЦК)

При 1392 ⁰С решетка вновь перестраивается в ОЦК и модификацию -Fe (Fe).

При 768 ⁰С (точка Кюри) на кривой охлаждения имеется площадка, связанная не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств железа.

Ниже 768 ⁰С железо магнитно, выше - немагнитно.

Аллотропия (полиморфизм) – это способность некоторых твердых тел изменять свою кристаллическую решетку при изменении внешних условий (температуры и давления).

α- железо – центрированный куб, растворяет до 0,025 % углерода, магнитно.

β-железо – имеет увеличенный параметр (размер) кристаллической решётки, теряет магнитные свойства.

γ –железо кристаллическая решётка гранецентрированный куб, немагнитно, способно растворять до 2,14 % углерода.

σ- железо – кристаллическая решётка – центрированный куб с увеличенным параметром.

Основные формы- α и γ - железо.

На α → γ, и γ → α превращениях основаны процессы термообработки стали.

Таблица 2 – Аллотропные модификации железа

[1А◦ (ангстрем)=10-8см].

При изменении решетки изменяются все свойства железа:

- Fe γ по сравнению с Fe α из-за большей плотности упаковки атомов более пластичное и вязкое.

- При переходе Fe α в Fe γ уменьшается объем.

- Fe γ имеет меньшую теплопроводность. 

Рисунок 3 – Виды элементарных кристаллических ячеек

Полиморфные модификации обозначают буквами греческого алфавита , , , и т.д. Модификацию, устойчивую при более низких температурах, обозначают , при более высоких - , затем и т.д. Температурным полиморфизмом обладают около тридцати металлов, например: марганец (-Мn, -Мn, -Мn, -Мn), титан (-Тi, -Тi), кобальт (-Сo, -Сo), олово (-Sn, -Sn) и др. Часть металлов не имеют полиморфных превращений, например: Ni (ГЦК), Аu (ГЦК), Ag (ГЦК), Pt (ГЦК), Cu (ГЦК), Zn (ГПУ).

Точка Кюри - это температура, соответствующая переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное

3.2 Классификация Fe+C сплавов по содержанию углерода.

Сталь – сплав железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14%.

Чугун– сплав железа с углеродом с содержанием углерода от 2,14% до5%.

Углерод может растворяться в решетке железа, создавая твердые растворы внедрения.