Компоненты и фазы в системе железо -- углерод - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Железо -- металл сероватого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 0,127 нм. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее время, содержит 99,999 % Fe, технические сорта 99,8--99,9 % Fe. Температура плавления железа 1539 °С. Железо имеет две полиморфные модификации и. Модификация a-железа существует при температурах ниже 910 °С и выше 1392 °С (рис. 82). В интервале температур 1392--1539 °С a-железо нередко обозначают как - железо.

Кристаллическая решетка а-железа -- объемно центрированный куб с периодом решетки 0,28606 нм. До температуры 768 °С a-железо магнитно (ферромагнитно). Температуру 768 °С, соответствующую магнитному превращению, т. е. переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное, называют точкой Кюри и обозначают A2.

Плотность а-железа 7,68 г/см3

У-железо существует при температуре 910-- 1392 °С; оно парамагнитно. Кристаллическая решетка у-железа гранецентрированная кубическая (а=0,3645 нм при 910 °С).

Критическую точку превращения (Рис. 82) при 910 °С обозначают соответственно Ас3 (при нагреве) и Аr3 (при охлаждении). Критическую точку перехода ос при 1392 °С обозначают Aс4 (при нагреве) и Аr4 (при охлаждении).

Углерод является неметаллическим элементом II периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 г/см3, температура плавления 3500 °С, атомный радиус 0,077 нм. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может быть в виде химического соединения -- цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.

В системе Fe--С различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы--феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит (Ф) -- твердый раствор углерода и других примесей в а-железе. Различают низкотемпературный а-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный б-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1 %. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29 атомного радиуса железа, а также в вакансиях, на дислокациях и т. д. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен.

Феррит (при 0,06 % С) .имеет примерно следующие механические свойства: =250 МПа, =120 МПа, 50 %,ш 80 %, 80--90 НВ.

Аустенит (А) -- твердый раствор углерода и других примесей в - железе. Предельная растворимость углерода в железе -- 2,14 %. Атом углерода в решетке - железа располагается в центре элементарной ячейки, в которой может поместиться сфера радиусом 0,41 R (R --. атомный радиус железа); и в дефектных областях кристалла.

Различные объемы элементарных сфер в ОЦК и ГЦК решетках и предопределили значительно большую растворимость углерода в - железе по сравнению с растворимостью в - железе. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Микроструктура аустенита -- полиэдрические зерна (рис. 82, в).

Цементит (Ц) -- это химическое соединение железа с углеродом -- карбид железа Fe3C В цементите содержится 6,67 % С Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена в связи с возможностью его распада. До температуры 210 °С, обозначаемой A0, цементит ферромагнитен. К характерным особенностям цементита относятся высокая твердость 1000 HV и очень малая пластичность. Цементит является метастабильной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.

Графит имеет гексагональную слоистую кристаллическую решетку. Межатомные расстояния в решетке небольшие и составляют 0,142 нм, расстояние между плоскостями равно 0,340 нм. Графит мягок, обладает низкой прочностью и электрической проводимостью.

В сплавах Fe--С существуют две высокоуглеродистые фазы: метастабильная-- цементит и стабильная--графит. Поэтому различают две диаграммы состояния -- метастабильную Fe-- Fe3C и стабильную Fe--С (графит).

Похожие статьи




Компоненты и фазы в системе железо -- углерод - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая