Конспект лекции

Перечень основных вопросов

IV. Модуль 4 Сплавы системы железо - углерод

1. Диаграмма Fe-C, общий вид, фазы, линии, критические точки.
2. Образование структуры технически чистого железа.
3. Образование структуры эвтектоидного сплава.
4. Образование структуры доэвтектоидных сплавов.
5. Образование структуры заэвтектоидных сплавов.
6. Зависимость механических свойств от состава и структуры сталей.
7. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в сталях и вид диаграммы состояния.
8. Классификация легирующих элементов по склонности к образованию карбидов.
9. Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей.
10. Классификация легированных сталей:
1. по химическому составу;
2. по структуре
3. по назначению.
11. Стабильная Fe-C и метастабильная Fe- Fe3 C диаграммы.
12. Образование структуры белых чугунов: эвтектических, доэвтектических и за эвтектических.
13. Условия кристаллизации и образование структуры серых чугунов.
14. . Перекристаллизация серых чугунов, формирование металлической основы.
15. Пути повышения механических свойств серых чугунов (модифицирование, диффузионный отжиг).
16. . Классификация серых чугунов по структуре металлической основы и форме графитных включений.
17. Преимущества свойств серых чугунов перед сталями.

Диаграмма равновесных состояний железо-углерод

Структура сталей и чугунов

Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма Fe-C, так как в технике наиболее широкое применение находят железоуглеродистые сплавы, несмотря на растущий спрос на цветные металлы и сплавы, пластмассы, композиционные материалы.

Начало изучения диаграмм железо-углерод было положено Д. И. Черновым в 1868г. открытием критических температур стали и установлением зависимости их от содержания углерода.

Важнейшим вкладом в построение диаграмм Fe-C являются работы Ф. Осмонда (Франция), Р. Остена (Англия), А.А. Бойкова, Н.Т. Гудцова (Россия). Первый вариант диаграммы был построен Маннесманом в 1879г. По мере совершенствования методов исследования диаграмма уточнялась и к концу 20х годов XX века приобрела современный вид. На сегодняшний день имеется более 10000 публикаций по диаграмме и положение основных точек и линий постоянно уточняется.

Железо с углеродом образует ряд химических соединений (карбидов) FeХC, но основным является Fe3C, которому дали имя собственное – цементит. Диаграмму изображают до концентрации углерода равной 6,67%, которая соответствует химическому соединению Fe3C(цементит). Сплавы с более высоким содержанием углерода очень хрупкие и практического интереса не имеют.

Помимо цементита в системе Fe-C происходит выделение углерода в виде графита. Цементит не устойчивая фаза (при нагреве распадается на железо и углерод) по сравнению с графитом, но кинетически образование цементита более вероятно. Поэтому диаграмму железо-цементит называют метастабильной, а диаграмму железо-графит – стабильной.

Компоненты и фазы в сплавах Fe-C

Железо – серебристо-серый металл № 26 периодической системы элементов Д. И. Менделеева, имеет атомную массу равную 55,85 и плотность 7,86 г/см, с температурой плавления 1539 градусов по Цельсию.

Железо в твердом состоянии при атмосферном давлении может находиться в двух полиморфных модификациях: ОЦК (α-железо) при температуре до 910 градусов по Цельсию и в интервале от 1392 до 1539 градусов по Цельсию (δ-железо). Полиморфные превращения в железе обязательно связаны с объёмными изменениями.

У железа существует и магнитное превращение с точкой Кюри равной 768 градусов по Цельсию. Все превращения изображены на кривой нагрева (рис 1).

Рис.1. Полиморфные и магнитные превращения в железе.

Железо с углеродом образуют твёрдые растворы, которые имеют собственные имена:

Феррит (Ф) – твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе. Различают низкотемпературный (α-феррит) на основе α-железа и высокотемпературный (δ-феррит) на основе δ-железа. Феррит это мягкая пластичная фаза.

Аустенит (А) – твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе. Аустенит пластичен, но прочнее феррита.

Цементит (Ц) – карбид железа Fe3C с содержанием углерода 6,67%. Обладает высокой твёрдостью (≈800HB) и практически нулевой пластичностью. Имеет сложную ромбическую решетку. Температура плавления ≈1260 градусов по Цельсию. При нагреве распадается на железо и углерод.

Графит (Г) – одна из полиморфных модификаций углерода. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Плотность 2,25г/см. Обладает набором уникальных свойств. При 20 градусах по Цельсию это мягкий и очень не прочный материал, но имеет температуру плавления 3500 градусов и с увеличением температуры прочность аномально растёт, и при 2500 градусов является самым прочным материалом на Земле.

Внешний вид метастабильной диаграммы состояний железо-цементит изображен на рисунке 2.

Рис. 2. Метастабильная диаграмма железо – цементит.

Дата добавления: 2014-11-18