ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стали . 32.1.5. Чугуны Медные и другие сплавы из "Общая химия 2000" До XIX века из сплавов железа были известны в основном его сплавы с углеродом, получившие названия стали и чугуна. Однако в дальнейшем были созданы новые сплавы на основе железа, содержащие хром, никель и другие элементы. В настоящее время сплавы железа подразделяют на углеродистые стали, чугуны, легированные стали и стали с особыми свойствами. [c.617] В технике сплавы железа принято называть черными металлами, а их производство — черной металлургией. [c.617] Твердое железо обладает способностью растворять в себе многие элементы. В частности, растворяется в железе и углерод. Его растворимость си.льно зависит от кристаллической модификации железа и от температуры. Углерод растворяется в 7-железе гораздо лучше, чем в других полиморфных модификациях железа. Раствор углерода в 7-железе термодинамически устойчив в более широком интервале температур, чем чистое 7-железо. Твердый раствор углерода в а-, /3-, 5-железе называется ферритом, твердый раствор углерода в 7-железе — аустенитом. [c.618] Феррит является твердым раствором внедрения углерода в объемноцентрированной кубической решетке железа. В связи с малыми расстояними между атомами железа в кристаллической решетке атомы углерода вынуждены размещаться в дефектах решетки (вакансиях, дислокациях). Поэтому углерод растворяется мало, — его предельное содержание в феррите не превышает 0,1%(масс.). [c.618] Аустенит представляет собой фазу внедрения атомов углерода между атомами железа в гранецентрированной кубической решетке 7-железа (рис. 32,1). Но в связи с большим значением параметра кристаллической решетки 7-железа, чем у его остальных модификаций, углерода содержится значительно больше (до 2,14% (масс.)). Атомы углерода располагаются в центре куба и посередине ребер элементарной ячейки. [c.618] Другой фазой, образуемой железом и углеродом, является карбид железа, или цементит, ГезС. Цементит имеет сложную кристаллическую структуру, содержит 6,67% (масс.) углерода и характеризуется высокой твердостью (близка к твердости алмаза) и хрупкостью. При температуре около 1260 °С цементит плавится . [c.618] Цементит термодинамически устойчив не при всех условиях, отвечающих диаграмме состояния системы Ре—С. При нагревании цементит распадается, поэтому температуру его плавления определить трудно, а в литературе встречаются ее разные значения. Значение 1260 С найдено при нагреве цементита лазерным лучом. [c.618] 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.619] Диаграмма состояния системы Fe—С сложнее, чем рассмотренные ранее основные типы диаграмм состояния металлических систем. Однако все ее точки, кривые и области подобны тем, которые были описаны в разд. 12.2. Особенности ее обусловлены уже упомянутыми обстоятельствами существованием двух модификаций кристаллического железа, способностью этих модификаций образовывать твердые растворы с углеродом, способностью железа вступать в химическое соединение с углеродом, образуя цементит. [c.619] Левая ось диаграммы соответствует чистому железу, правая — карбиду РезС (цементиту). Точки AwD показывают температуру плавления железа и карбида, точки G и N — температуры преврагцений /З-Fe 7-Ре и 7-Ре -Ре друг в друга, соответственно. [c.619] Линия AB D — это кривая температур начала кристаллизации жидких сплавов, линия АН JЕСР — кривая температур начала плавления твердых сплавов. Все линии, лежащие ниже последней кривой, отвечают равновесиям между твердыми фазами. [c.619] Область, лежащая выше линии AB D, отвечает жидкому сплаву. Области, примыкающие к левой вертикали, соответствуют твердым растворам углерода в железе линия AHN ограничивает область твердого раствора углерода в -железе при высоких температурах (область высокотемпературного феррита), линия NJESG ограничивает область твердого раствора углерода в 7-железе (область аустенита), линия GPQ — область твердого раствора углерода в а-и /3-железе при низких температурах (область низкотемпературного феррита). Перечисленным областям соответствуют гомогенные системы структура как расплава, так и твердых растворов однородна в каждой из этих фаз. [c.619] Остальным областям диаграммы отвечают гетерогенные системы — смеси кристаллов двух фаз или кристаллов и расплава. [c.619] Рассмотрим важнейшие превращения, происходящие при медленном охлаждении расплавов различ- 08 С, %(масс) ных концентраций. Это поможет нам разобраться в Рис. 32.3 Часть диаграм-том, какие сплавы соответствуют областям гетеро- мы состояния системы генности диаграммы. железо—углерод. [c.619] Если исходный расплав содержит не 0,8% углерода, а несколько меньше, например 0,7%, то образующийся при кристаллизации аустенит начнет распадаться не при 727 °С, а при более высокой температуре (точка 1 на рис. 32.4). Превращение начнется с выделения кристаллов феррита (точка 2 на рис. 32.4), содержание углерода в котором очень мало. Вследствие этого остающийся аустенит обогащается углеродом и при дальнейшем охлаждении его состав изменяется по кривой 03. По достижении точки 5 начинается эвтектоидное превращение при постоянной температуре, по окончании которого сталь будет состоять из феррита и перлита. Из сказанного вытекает, что области 3 на диаграмме (см. рис. 32.2) соответствует смесь жидкого сплава с кристаллами аустенита, области 5 — смесь кристаллов феррита и аустенита и области 10 — смесь перлита с кристаллами феррита. [c.620] 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. 32.4). Вследствие выделения ГезС — фазы, богатой углеродом — остающийся аустенит обогащается железом, так что при дальнейшем охлаждении его состав изменяется по кривой Е8. В точке 5 начинается выделение перлита. В итоге получается сталь со структурой, состоящей из цементита и перлита. Таким образом, области б на диаграмме (рис. 32.2) отвечает смесь кристаллов цементита и аустенита, а области 11 — смесь перлита с кристаллами цементита. [c.620] 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. 32.2), 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. [c.620] Эвтектоидный распад, приводящий к образованию эвтектоида, представляет собой про-цесс, аналогичный кристаллизации эвтектики. Различие состоит в тем, что эвтектика образуется из расплава, т. е. жидкого раствора, а эвтектоид — из твердого раствора. [c.620] ТОЛЬКО ИЗ эвтектики, либо из эвтектики с кристаллами аустенита или цементита. [c.621] Вернуться к основной статье