+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

Диаграмма состояния железо цементит


Диаграмма состояния сплавов железо-углерод - это... Что такое Диаграмма состояния сплавов железо-углерод?

Диаграмма фазового равновесия (диаграмма состояния) железо-углерод (иногда говорят железо-цементит) — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Железо образует с углеродом химическое соединение Fe3C цементит. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до 6,67 %, то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до цементита. Поскольку цементит фаза метастабильная, то и соответствующая диаграмма называется метастабильной (сплошные линии на рисунке). Для серых чугунов и графитизированных сталей необходимо рассматривать стабильную диаграмму железо-графит (Fe-Гр), поскольку именно графит является стабильной фазой. Цементит образуется намного быстрее графита и во многих сталях и белых чугунах может существовать достаточно долго. В серых чугунах графит существует обязательно. На рисунке тонкими пунктирными линиями показаны линии стабильного равновесия (то есть с участием графита), там где они отличаются от линий метастабильного равновесия (с участием цементита), а соответсвующие точки обозначены штрихом. (Отметим, что обозначения фаз и точек на этой диаграмме подчиняются молчаливому международному соглашению.)

Фазы диаграммы железо — цементит

Часть диаграммы состояния сплавов железо-цементит


В системе железо — цементит существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит, графит.

1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

2. Феррит — Твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе с ОЦК (объемно-центрированной кубической) решеткой.

Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную — 0,02 % при температуре 727 °C (точка P). Атомы углерода располагается в центре грани или (что кристаллогеометрически эквивалентно) на середине ребер куба, а также в дефектах решетки.

При температуре выше 1392 °C существует высокотемпературный феррит, с предельной растворимостью углерода около 0,1 % при температуре около 1500 °C (точка I)

Свойства феррита близки к свойствам чистого железа. Он мягок (твердость — 130 НВ) и пластичен, магнитен (при отсуствии углерода) до 770 °C.

3. Аустенит (γ) — твердый раствор внедрения углерода в γ-железе с ГЦК (гране-центрированной кубической) решеткой.

Атомы углерода занимают место в центре гранецентрированной кубической ячейки.

Предельная растворимость углерода в аустените — 2,14 % при температуре 1147 °C (точка Е).

Аустенит имеет твердость 200—250 НВ, пластичен, парамагнитен.

При растворении других элементов в аустените или в феррите изменяются свойства и температурные границы их существования.

4. Цементит (Fe3C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Он твердый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит фаза метастабильная и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.

В железоуглеродистых сплавах цементит как фаза может выделяться при различных условиях:

  •  — цементит первичный (выделяется из жидкости),
  •  — цементит вторичный (выделяется из аустенита),
  •  — цементит третичный (из феррита),
  •  — цементит эвтектический и
  •  — эвтектоидный цементит.

Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (после эвтектоидного превращения они станут зернами перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Эвтектический цементит наблюдается лишь в белых чугунах. Эвтектоидный цементит имеет пластинчатую форму и является составной частью перлита.

Цементит может при специальном сфероидизируюшем отжиге или закалке с высоким отпуском выделяться в виде мелких сфероидов.

Влияние на механические свойства сплавов оказывает форма, размер, количество и расположение включений цементита, что позволяет на практике для каждого конкретного применения сплава добиваться оптимального сочетания твердости, прочности, стойкости к хрупкому разрушению и т. п.

5. Графит — фаза состоящая только из углерода со слоистой гексагональной решеткой. Плотность графита (2,3) много меньше плотности всех остальных фаз (около 7,5 — 7,8) и это затрудняет и замедляет его образование, что и приводит к выделению цементита при более быстром охлаждении. Образование графита уменьшает усадку при кристаллизации, графит выполняет роль смазки при трении, уменьшая износ, способствует рассеянию энергии вибраций.

Графит имеет форму крупных крабовидных (изогнутых пластинчатых) включений (обычный серый чугун) или сфероидов (высокопрочный чугун).

Графит обязательно присутствует в серых чугунах и их разновидности — высокопрочных чугунах. Графит присутствует также и некоторых марках стали — в графитизированных сталях.

Диаграмма состояния сплавов железа с цементитом


Диаграмма растяжения 64 — состояния сплавов железа с цементитом 120 Диаграммы рекристаллизации 72  [c.496]

Диаграмма состояния сплавов железо — углерод, представленная на рис. 26, охватывает не все сплавы железа с углеродом, а лишь содержащие от О до 6,67% углерода, т. е. от чистого железа до цементита. Железоуглеродистые сплавы, содержащие более 5% углерода, не представляют практического интереса. Число 6,67% взято в качестве предела на том основании, что при таком содержании углерода образуется химическое соединение — цементит.  [c.65]

На рис. 41 сплошные линии представляют диаграмму состояния системы железо — цементит, а пунктирные — системы железо — углерод. Это связано с тем, что углерод в сплавах может находиться в виде графита и цементита. Чем меньше скорость охлаждения чугуна, тем больше в нем графита и меньше цементита. Повышенное содержание углерода и кремния в чугуне способствует увеличению количества графита и величины графитных включений, а марганец, наоборот, способствует образованию и сохранению цементита величину графитных включений марганец уменьшает. В сравнении со сталями чугун содержит значительно больше кремния и марганца.  [c.91]

Диаграмма состояния системы железо—углерод. В результате превращений, происходящих при охлаждении железоуглеродистых сплавов, углерод может выделяться в форме цементита, а также в элементарном состоянии — в форме графита. Иначе говоря, жидкий раствор, а также аустенит и феррит могут находиться в равновесии как с цементитом, так и с графитом. По этой причине различают две диаграммы состояния железо—цементит и железо—графит. Первая из них приведена на рис. 86 и ранее были рассмотрены все превращения, происходящие при охлаждении сплавов с различным содержанием углерода.  [c.167]

На диаграмме состояния железо — цементит (рис. 83) даны фазовый состав и структура сплавов о концентрацией от чистого железа до цементита (6,67 % С).  [c.120]

При очень медленном охлаждении кристаллизация может идти таким образом, что углерод будет выделяться в виде графита, а не цементита. Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода в виде графита называются серыми чугунами. В данном учебнике диаграмма состояния железо-графит не рассматривается, принципиально она не отличается от диаграммы состояния желе-зо-цементит.  [c.71]

Напомним, что развитие науки о термической обработке началось с установления Д. К. Черновым основных закономерностей вторичной кристаллизации стали, выражаемых линиями именно этой части диаграммы. Вторичная кристаллизация в сплавах железо — углерод связана с переходом при охлаждении у-железа в а-железо и соответствующим распадом аустенита. Линия GS на диаграмме состояния соответствует началу превращения аустенита с выделением из него феррита. Принято критические точки, образующие линию GS, обозначать при нагреве Лсз, а при охлаждении Лгз. Линия S указывает на уменьшение предела растворимости углерода в у Ж лезе с понижением температуры — следовательно, она соответствует началу распада аустенита с выделением из него избыточного углерода в виде цементита. Температурные точки, образующие линию S,   [c.123]


Диаграмма состояния железо—углерод (цементит) приведена на рис. 86. Она показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С).  [c.134]

Как указывалось выше, железо и углерод образуют карбид РедС, содержащий 6,67% С. Ввиду того что сплавы с более высоким содержанием углерода практически не применяют, диаграмму состояния обычно строят для сплавов железо-цементит (рис. 6,а). С другой стороны, ввиду возможности распада цементита и образования сплавов железо-графит диаграмма состояния этих сплавов представляет определенный интерес и изображается пунктирными линиями (рис. 6,6).  [c.16]

Изучение железоуглеродистых сплавов является довольно сложным из-за одновременного наличия в них продуктов стабильного и метастабильного равновесных превращений. Железо и углерод образуют хорошо известное соединение цементит — РедС. При нагреве до высоких температур цементит распадается на аустенит и графит. Для того чтобы понять процессы, протекающие в железоуглеродистых сплавах, на стабильную диаграмму состояния железо—углерод следует нанести линии метастабиль-ной диаграммы железо—цементит (рис. 61). Состоянием действительного равновесия считается такое, при котором аустенит или феррит находятся в равновесии с углеродом. Цементит является метастабильной фазой. Тем не менее, когда углерод выделяется из твердого раствора в железе, он обычно образует цементит, а не графит. Образование цементита требует ди( )фузии углерода па гораздо более короткие расстояния, чем образование графита это объясняет, почему обычно образуется цементит, хотя графит и является единственной стабильной фазой. Другими словами, преобладающим оказывается превращение, имеющее большую скорость. Скорость распада цементита при низких температурах настолько мала, что в большинстве исследований структуры сталей учитывается только метастабильная диаграмма состояния. Однако в процессе продолжительного нагрева стали цементит распадается на железо и графит, при этом скорость распада в значительной степени зависит от присутствия в стали других элементов. Дальнейшее обсуждение будет проведено в предположении, что диаграмма состояния железо — цементит характеризует обычную форму равновесия и является стабильной диаграммой состояния. На рис. 61 показана диаграмма состояния железо—углерод (пунктирные линии показывают границы фаз в системе железо—графит). Цементит — ферромагнетик с точкой Кюри около 210° С все стали, содержащие цементит, претерпевают магнитное превращение. Некоторые авторы называют его превращением А .  [c.68]

На диаграмме точка А отвечает т. пл. чистого железа 1539° С, в точке I) т. пл. цементита около 1600° С. Область выше линии АСО (линия ликвидуса) характеризуется жидким состоянием сплава. Полное затвердевание сплавов происходит по линии солидуса Л СВ. Ниже линии АС до линии АЕС из жидкого расплава (Ж) выделяются кристаллы аустенита (А). В области АСЕ сплав состоит из жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). Ниже линии СО до линии СВ из жидкого расплава выпадают кристаллы цементита, называемого первичным Щг), и в области ОСВ находится смесь жидкого раствора (Ж) и цементита Щг). При содержании углерода в сплаве, равном 4,3% и 1147° С, в точке С одновременно кристаллизуется аустенит и цементит, образуя механическую смесь (эвтектику), называемую ледебуритом (Л). Во всех сплавах, содержащих от 2,14 до 6,67% углерода — чугунах, присутствует ледебурит. Сплавы, лежащие левее точки Е, относятся к группе сталей.  [c.39]

В сплавах Ре — РедС в твердом состоянии протекают аллотропическое превращение Ре в РСа и распад твердых растворов V и а, о словленный изменением растворимости углерода в железе у я а при понижении температуры. Как известно, Ре при 910° С р-очка С) превращается в Рва —модификацию, которая растворяет углерод в незначительном количестве (0,02% при 723° С). В связи с аллотропическим превращением образовавшийся при первичной кристаллизации аустенит ниже линии Р8К диаграммы (см. рис. 40) существовать не может и при медленном охлаждении распадается на эвтектоидную смесь перлита или с избыточным ферритом или с избыточным вторичным цементитом. Выделение феррита происходит по линии 03, а вторичного цементита — по линии Линия 08 является геометрическим местом точек Ас при нагреве и и Лгз — при охлаждении, а линия 8Е — геометрическим местом точек, соответствующих выделению из аустенита вторичного цементита. Эти точки обозначают Аст ст — цементит). Окончание аллотропического превращения Ре в Рса и распада твердого раствора V у всех сплавов (как сталей, так и чугунов) наблюдается при одной температуре (723° С) точку, соответствующую этой температуре, обозначают Л1 (Лс — при нагреве и Аг — при охлаждении). Кроме указанных превращений, в нижнем левом углу диаграммы ниже кривой PQ (область IX) происходит распад -твердого раствора с выделением из него третичного цементита.  [c.80]


Диаграмма железо-цементит. Практическое значение имеют сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 6,67 % (стали и чугуны). Поэтому рассматривают диаграмму состояния сплавов железа с углеродом только до этой концентрации, т.е. фактически рассматривается диаграмма железо-цементит (Fe-F j ). На рис. 2.9 приведена диаграмма состояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание  [c.66]

В углеродистых сталях и чугунах углерод образует обычно карбид железа химическое соединение РезС, называемое в металловедении цементитом, которое содержит 6,67% углерода. Рассмотрим часть диаграммы железо—углерод от железа до цементита, который ввиду его стойкости можно считать самостоятельным компонентом. В этом случае часть диаграммы состояния сплавов железа с углеродом, содержащих до 6,67% углерода, превращается в диаграмму сплавов железо—цементит (рис. 2-1).   [c.35]

Углерод в углеродистых сталях и чугунах обычно образует химическое соединение РвзС, называемое цементитом (карбид железа), которое содержит 6,67% углерода. Рассмотрим часть диаграммы железо — углерод от железа до цементита, так как в технике применяют сплавы, содержаш,ие не более 5,5% углерода. Цементит можно считать самостоятельным компонентом. В этом случае часть диаграммы состояния сплавов железа с углеродом, содержаш их до 6,67% углерода, превращается в самостоятельную диаграмму сплавов железа с цементитом (рис. 53).  [c.81]

Диаграмма состояния железа с углеродом имеет несколько существенных особенностей. Во-первых, диаграмма охватывает ие все сплавы железа с углеродом, а лишь сплавы, содержавшие от О до 6,7% углерода, т. е. от чистого железа до цементита. Вторая особенность этой диаграммы состоит в том, что на ней имеется группа линий, расположенных ниже линии АЕСР окончательного затвердевания сплавов и своим существованием доказывающих, что в сплавах происходят превращения и в твердом состоянии, т. е. лроисходят процессы вторичной кристаллизации.  [c.77]

Ход линий диаграммы состояния показывает, что с увеличением содержания в железе углерода (до 4,3%) температура плавления сплава понижается (линия ЛВС). Температура плавления сплава цементита с железом понижается с увеличением содержания железа и соответствующим снижением содержания углерода в сплаве (линия СО). Обе линии сходятся в точке С при содержаннн углерода в сплаве 4,37о.  [c.81]

Диаграмма состояния Ре—Ре,С представлена в упрощенном виде. Первичная кристаллизация, т.е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса АСО. Точка А на этой диаграмме соответствует температуре 1539 плавления (затвердевания) железа, точка О - температуре 1600"С плавления (затвердевания) цементита. Линия солидуса АЕСРсоответствуеттемпературам конца затвердевания. При температурах, соответствующих линииАС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии СВ - цементит, называемый первичным цементитом. В точке С при 1 ИТ С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит (первичный), образуя эвтектику - ледебурит. При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окончательно затвердевают с образованием аустенита. На линии солидуса ЕСР сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердевают с образованием эвтектики (ледебурита) и структур, образовавшихся ранее из жидкого сплава, а именно н интервале 2,14-4,3% С - аустенита, а в интервале 4,3-6,67% С цементита первичного (слг.рис. 14).  [c.29]

Углерод может находиться в равновесии с жидкой фазой и с твердыми растворами на основе железа в виде цементита (мета-стабшьное равновесие) или графита (стабильнее равновесие) в зависимости от внешних условий. Это обстоятельство определяет два варианта диаграммы состояния железо — углерод (рис. 3.4.1). Большее практическое значение имеет метастабильная диаграмма состояния. С помощью этой диаграммы объясняют не только превращения, происходящие в сталях и белых чугунах. Она является основой для выбора оптимальных режимов термообработки железоуглеродистых сплавов.  [c.218]

Углерод в соответствии с диаграммой состояния железо — цементит может образовывать с железом твердый раствор а и цементит F j . Содержание цементита в сплавах можно оценивать прямо по диафамме состояния, используя дополнительную шкалу абсцисс по содержанию цементита (см. рис. 50), так как его количество в сталях пропорционально содержанию углерода.  [c.152]

Железо с углеродом образует ряд химических соединений РсзС, РегС и др. Диаграмму состояния (железо—углерод) обычно изображают для соединения РезС — цементита, содержащего 6,67 % С. Сплавы с более высоким содержанием углерода очень хрупки и практического применения не имеют. Помимо цементита в системе железо— углерод происходит образование графита.  [c.21]

Диаграмма состояния железо — углерод (рис. 43) рассматривает сплавы, содержащие до 6,67% С (до 100% РезС). На диаграмме сплошные линии представляют состояние системы железо — цементит, а пунктирные — системы железо — углерод. Это связано с тем, что углерод в сплавах может находиться в виде графита и в виде цементита.  [c.124]

Главная роль в диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов отводится ее левой части — сталя5т, так как на превращениях, происходящих в стали, основана термообработка. Рассмотрим эти превращения. В результате затвердевания, которое соответствует линии Л1 , образуется аустенит А при понижении температуры этот аустенит претерпевает вторичную кристаллизацию, связанную с изгленением кристаллической решетки — с переходом 7-железа в а-железо, с растворимостью углерода в этих модификациях, с выделением нз аустенита феррита и цементита вторичного Д//.  [c.39]


На диаграмме состояния лклезо — углерод показано все разнообразие превращений, происходящих в сплавах от чистого железа до цементита, содержащего 6,67% углерода, при температурах от комнатной до температуры плавления железа и цементита. Цементит РезС — х мическое соединение железа с углеродом, которое образуется при кристаллизации сплава, содержащего 93,33% Ре и 6,67% С. Диаграмма имеет большое практическое применение при термической обработке и обработке металлов давлением.  [c.12]

Диаграмма состояния железо — углерод рассматривает превращения, имеющие место в сплавах с концентрацией от число-го железа до цементита (6,67% С). Точка Л (1535°) на диаграмме отвечает температуре плавления чистого железа, а точка D ( 1500°) —температуре плавления карбида железа — цементита (Fea ). Точка G соответствует аллотропическому превращению а-железа в у-железо. Точка Е характеризует предельную растворимость углерода в т-железе при 1130° (1,7% С).  [c.88]

При содержании в железоуглеродистом сплаве 1,5% 31 или при очень медленном его охлаждении вместо цементита может выделиться графит. Диаграмма состояния железо—графит на рис. 1.10 нанесена штриховыми линиями. Чугун, содержащий 4,3% С, называют эвтектическим, менее 4,3% С — доэвтектичес-ким и более 4,3% С — заэвтектическим. Чугуны без свободного графита только с ледебуритом называют белыми, в изломе они имеют белый цвет чугуны с ледебуритом и графитом — половин-  [c.15]

С, когда образуется химическое соединение карбид железа РезС, так как практическое значение имеет только эта часть диаграммы Ре—С (сплавы, содержащие больше углерода, очень хрупкие). Соединение РезС называют цементитом, поэтому этот участок диаграммы состояний железо — углерод называют диаграммой состояний железо— цементит. Современный вид такой диаграммы приведен на рис. 93.  [c.207]

Диаграмма состояния железо—цементит отражает метастабильное равновесие фаз. Точка А соответствует температуре плавления чистого железа (1539 С), а точка D— температуре плавления цементита (1550—1600 °С). Процесс кристаллизации сплавов железо—углерод (в зависимости от содержания углерода) начинается при температурах, отложенных на линии AB D. Эта линия называется линией ликвидус.  [c.86]

Марганец расширяет на диаграмме состояния область твердых растворов на базе у-модификации железа. При содержании марганца более 15%о сплавы находятся в аустенитном состоянии при температуре 20° С. Образующийся в стали карбид марганца непрочен и подобен цементиту чаще всего в марганцовистой стали присутствует комплексный железомарганцевый карбид цемен-титного типа. Марганец в карбидах и в твердом растворе распределен в отношении 1 4. Марганец сдвигает перлитную (эвтектоидную) точку S на диаграмме состояний влево каждый процент марганца понижает концентрацию углерода в перлите на 0,05—0,06% В стали с 12% марганца перлит содержит только 0,3 >, о углерода.  [c.115]

На диаграмме состояния точка А соответствует температуре плавления чистого железа, а точка )—температуре плавления цементита. Линия АВСО представляет собой нижнюю границу жидкого состояния сплавов с различным содержанием углерода (линию ликвидуса). При температурах, лежащих выше этой линии, сплавы находятся в однофазном жидком состоянии. Линия АН1ЕСР является линией солидуса. При температурах, лежащих ниже этой линии, сплавы находятся в твердом состоянии. В интервале температур межд линиями лик-  [c.80]

Структура белого чугуна. Кристаллизация белого чугуна характеризуется диаграммой состояния системы сплавов железо— цементит (см. рис. 52). Как уже отмечалось, при охлаждении жидкого чугуна с массовым содержанием С 4,3 % образуется эвтектика, состоящая из цементита и аустенита — ледебурит. При охлаждении от температуры точки С до температуры линии РК (точка Аг ) диаграммы аустенит в ледебурите распадается с выделением вторичного цементита й массовое содержание углерода в этом аустените уменьшается от 2,14 до 0,8% (в соответствии с линией Е8), а при температуре точки Агх произойдет перлитное превращение оставшегося аустенита. Следовательно, при температуре ниже температуры точки Аг1 ледебурит будет состоять из цементита и перлита. Схема микроструктуры ледебурита приведена на рис. 56, а (х200). Здесь темные пластинки и зернышки распавшегося аустенита рассеяны по белому полю эвтектического цементита. Чугуны, содержащие 4,3 % С, называются эвтектическими.  [c.80]

В условиях нормального охлаждения в сталях выделяется карбид РезС, швестный под названием цементита. Это термодинамически неустойчивая фаза, которая разлагается при нагреве с выделением аустенита и графита. При низких температурах распад происходит настолько медленно, что для многих целей структуру сталей можно анализировать с помощью метаста-бильной диаграммы состояния, приведенной яа рис. 122. В сплавах железо — углерод отношение радиусов равно 0,61, а в сплавах железо — азот 0,56. Поэтому цементит не обладает структурой, в кото рой атомы железа образуют кубическую гранецентрированную или гексагональную плотноупакованную подрешетку. Цементит следует рассматривать как фазу внедрения, в структуре которой атомы углерода занимают пустоты в подре-шетке, образованной атомами железа, которую, как показал Джэк, можно рассматривать как до некоторой степени искаженную форму гексагональной плотноупакованной структуры. Это иллюстрирует принцип образования фаз внедрения, согласно которому, если отношение радиусов. превышает 0,59, то простая структура уступает место более сложной.  [c.184]

Превращение из жидкого состояния в твердое (первичная кристаллизация). Линия A D — ликвидус, а линия AE F — солидус. Выше линии АС сплавы системы находятся в жидком состоянии (Ж). По линии АС из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в у-железе, называемого аустенитом (А) следовательно, в области АС будет находиться смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). По линии D из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита Щ) в области диаграммы FK находится смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и цементита Щ). В точке С при массовом содержании С 4,3 % и температуре 1147 °С происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь эвтектика, называемая в этой системе ледебуритом (Л). Ледебурит присутствует во всех сплавах с массовым содержанием С от 2,14 до 6,67%. Эти сплавы относятся к группе чугуна.  [c.74]


Решение задач Задача 📝 диаграмма состояния железо – цементит (fe – fe3c)

Задача диаграмма состояния железо – цементит (fe – fe3c)

Решение задач

материаловедение

Заказ выполнен

Условия задачи- количество углерода-5,80%; температура °С-500 При решении задачи необходимо следующее. 1. Начертить диаграмму состояний железо–цементит, провести на ней ординату, соответствующую заданному сплаву, обозначить на ней все кри- тические точки. 2. Рядом с диаграммой справа начертить кривую охлаждения данного сплава, показав связь критических точек на диаграмме и кривой охлаждения. 3. Описать сущность превращений, происходящих в сплаве при мед- ленном охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной. Обязательно пояснить причины, вызывающие превращения. 4. На ординате сплава отметить точку, соответствующую заданной температуре, и провести через нее коноду. Пользуясь правилом отрезков, определить фазы, составляющие сплав при заданной температуре; их ко- личество, %, и состав (содержание компонентов, %).

Это место для переписки тет-а-тет между заказчиком и исполнителем.
Войдите в личный кабинет (авторизуйтесь на сайте) или зарегистрируйтесь, чтобы
получить доступ ко всем возможностям сайта.

Диаграмма состояния железо - цементит (метастабильное равновесие)

Содержание:

Диаграмма состояния железо — цементит (метастабильное равновесие)

  • Фазовая диаграмма железо-цементит (Метастабильное равновесие) Диаграмма состояния железо-углерод (цементит) приведена на рисунке. 79. Он показывает фазовый состав и структуру сплава с концентрациями в диапазоне от чистого железа до цементита (6,67% C). Системы Fe-Fe3C метастабильная. Образование цементита вместо графита дает меньший прирост свободной энергии, но кинетическое образование карбидов железа более вероятно. На диаграмме Fe-Fe3C точка A (1539°C) соответствует температуре плавления железа, а точка D (~1550°C) — температуре плавления цементита.

Точки N (1392°C)и G (910°C) соответствуют характерным точкам полиморфного превращения на фазовой диаграмме Fe-Fe3C(рис. 79) соответствуют следующие концентрации углерода (МАС.%): d B—0,51% C в жидкой фазе, которая находится в равновесии с ферритом и аустенитом. температура перитектического 1499°С;Н-0.1% с (предельное содержание 8-ferrate1499C): Джей-0.16 С-для аустенитных с перитектическим температуре 1499°С;E-2.14% с (эвтектической температуры 1147°С) в аустенитной предел содержания;с-0.8%; Р-0.02% с (со-температура) в переправляются с конфетти содержания 727 ° С. Кристаллизация сплава Fe-Fe3C. АВ провод (провод ликвидус) показывает температуру начала кристаллизации

8 ферритной (ф) из жидкого сплава Людмила Фирмаль

Двести триста миллионов шестьдесят одна сотня Жидкие++ферриты железистые B+ » + аустенитные^Q (j N Тысяча триста $0. класс ст <адрес£ та ОИ Т Fn+Aj), в результате чего образуется двухфазная структура 8 феррита (f)+’/-твердого раствора (A). В сплаве, содержащем 0,16% C (точка J), исходный Кристалл твердого раствора 5 феррита в результате взаимодействия с жидкой фазой в ходе перитектической реакции полностью образуется в аустените:WB+FD->Aj, в результате взаимодействия между сплавом, содержащим 0,16-0,51% C при перитектической температуре 8 ферритов и жидкой фазой, an 80, сплав 7): WW+FN — ^WW+AJ. В связи с этим при температурах ниже линии JB сплав является двухфазным:аустенит+жидкость.

Процесс кристаллизации будет закончен соответствуя линии solidus JE когда температура достигнется. После отверждения сплав приобретает аустенит однофазной структуры. Сплавы, содержащие от 0,51 до 2,14% C BC и JE-кристаллизуются в линейно ограниченном диапазоне температур. Под линией BC сплав состоит из жидкой фазы и аустенита. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется вдоль Ликвидуса, а аустенит изменяется вдоль Солидуса. Например, в сплаве Т2 состав жидкой фазы определяется точкой g, а в точке b-аустенитом(рис. 80). После затвердевания(по линии solidus JE) сплав приобретает однофазную структуру-аустенит.

  • Первичные кристаллы аустенита (и о-феррита) имеют форму дендритов, размер и структура которых зависят от перегрева металла на Ликвидусе, его состава и кристаллизации. При кристаллизации предэвтектического сплава, содержащего 2,14-4,3% C, состав жидкой фазы определяется линией BC и линией аустенита, а аустенит определяется линией JE. Таким образом, сплав 3(фиг. 80) Т12 при температуре, включающей жидкую фазу состава, соответствующего точке т. При температуре 1147 ° с аустенит достигает максимальной концентрации, соответствующей точке Е (2,14% С), а оставшаяся жидкость эвтектического состава точки с (4,3% с). В эвтектической температуре (линия ECF) наблюдается неравномерность (C=0) равновесно-аустенитного состава жидкофазного состава точки E (Le), цементита (Fe3C) и точки C (LC).

В результате кристаллизации жидкого сплава в составе точки с эвтектический ледебрайт становится в момент образования аустенита в составе точки Е и образуется цементит: LC^ ; Redebright’ Кривая охлаждения при кристаллизации эвтектики (ледебурита) обозначена областью(рис. 80, б). Таким образом, предварительно эвтектического сплава после затвердевания имеют структуру аустенит + redebrite (а + Фе, с). Фазовый состав сплава после затвердевания — аустенит и цементит.’ Эвтектический сплав (4,3% C)затвердевает при постоянной температуре. 125 белка 80. Fe-Fe, диаграмма состояния C (a) и кривая охлаждения стали (b) и чугуна («) Образуется только эвтектический

ледебрайт, состоящий из двух фаз аустенита и цементита. 80). Людмила Фирмаль

Ледебурит имеет ячеистую или пластинчатую структуру. При медленном охлаждении образуется сотовый ледебурит, представляющий собой разновидность цементированных почкованных разветвленных аустенитных кристаллов. Слоистые свинцовые брикеты состоят из цементитных тонких пластин, разделенных аустенитом и образованных быстрым охлаждением. Сотовые и пластинчатые структуры часто объединяются в рамках одной эвтектической колонии(рис. 78, В и 82, 6). Заэвтектического сплава (от 4,3 до 6,7%) снижает температуру до точки ликвидуса диск и начинает затвердевать. В то же время, Заро-в жидкой фазе. Образуются и растут кристаллы цементита.

Концентрация углерода в жидком сплаве уменьшается с уменьшением температуры Ликвидуса. Например, при температуре Т16 состав жидкости в сплаве 4 находится при температуре 1147°с точка к. через затвердевание жидкость достигает эвтектической концентрации 4,3% с (точка С) и образует ледебурит После затвердевания Трансэвтектический сплав состоит из первичного цементита и восстановителя. 80). Фазовым составом трансэвтектического сплава после затвердевания является аустенит и цементит. Сплав, содержащий до 2,14%C, называется Сталью;сплав, содержащий более 2,14% C, называется чугуном. Принятое различие между Сталью и чугуном согласуется с предельной растворимостью аустенитного углерода.

После закалки стали светодиодные хрупкие конструктивные элементы не редки-уступы легкие, а имеют только высокую пластичность и аустенитную структуру с высоким нагревом, поэтому их можно легко удалить.、 По сравнению со Сталью, чугун имеет лучшие литейные характеристики, особенно низкую температуру плавления, и имеет меньшую усадку. Это объясняется наличием легкоплавкой эвтектики (ледебрайт) в структуре чугуна. Структура изменяется с 126фазным сплавом Fe-Fe3C (вторичная кристаллизация). Превращение полиморфизма в железе и изменение растворимости углерода в аустените и феррите вызывают фазовые и структурные превращения.

Эти превращения происходят в твердом состоянии и описываются линиями(рис. 79,80), ниже. Линия NH является верхней границей области, где сосуществуют двухфазный феррит и аустенит. При охлаждении эта линия соответствует начальной температуре полиморфного превращения феррита 8 в аустенит. Линия NJ — это нижняя граница области, где сосуществуют 8 ферритов и аустенит, а при охлаждении-верхняя граница феррита (парамагнитное состояние) и аустенита (т. е. начальная температура), эквивалентная температуре конца превращения в 8 ферритов аустенита», — объяснил происхождение превращения образованием сосуществующего парамагнитного Деррида. Феррит (ферромагнитное состояние) и аустенит являются верхней границей сосуществующей области, и при охлаждении эта линия является началом y->a-превращения с образованием ферромагнитного феррита.

Температура, соответствующая линии GOS в условиях равновесия, обычно называется A3. В стали, содержащей до 0,8% C, полиморфизм u^ » — вариантов происходит в интервале температур и сопровождается перераспределением углерода между ферритом и аустенитом. Предельная растворимость углерода в аустените SE при охлаждении соответствует начальной температуре отделения вторичного цементита от аустенита и конечной температуре растворения вторичного цементита в аустените при нагревании. Принято, что критическая точка, соответствующая линии SE, указывает на АСТ. Линия ГП во время охлаждать, встречает температуру конца преобразования аустенита к ферриту, нагревая встретит начало преобразования феррита к аустениту.

Смотрите также:

Решения задач по материаловедению

1. Диаграмма железо—цементит. Материаловедение: конспект лекций [litres]

1. Диаграмма железо—цементит

Диаграмма железо—цементит охватывает состояние железоуглеродистых сплавов, которые содержат до 6,67 % углерода.

Рис. 7. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (сплошные линии – система Fe—Fe 3C; штриховые – система Fe—C)

Углеродистые стали – это сплавы железа, содержащие до 2,14 % углерода. Стали, имеющие в своем составе до 0,8 % углерода, называются доэвтектоидными, 0,8 % углерода – эв—тектоидными, свыше 0,8 до 2,14 % – заэвтектоидными. Белые чугуны – это сплавы железа, содержащие от 2,14 до 6,67 % углерода.

При содержании от 2,14 до 4,3 % углерода белые чугуны называются доэвтектическими, при 4,3–6,67 % – заэвтекти—ческими. На диаграмме железо—цементит показано состояние этого сплава при первичной и вторичной кристаллизации. Эти процессы характеризуются кривыми АСВ и AECF.

Кривая АСВ – линия ликвидуса – отображает температуры, при которых начинается затвердевание железоуглеродистых сплавов. Кривая AECF – линия солидуса – соответствует температурам, при которых процесс кристаллизации заканчивается. Линия АЕ относится к сталям, а линия ACF – к белым чугунам. Точка А характеризует температуру плавления чистого железа – +1539 °C, а точка В – температуру плавления цементита – +1600 °C. Точка Е соответствует максимальному количеству углерода, которое может быть растворено в аустените при высоких температурах. Точка С указывает на состав эвтектики, она соответствует содержанию в сплаве 4,3 % углерода. Температура образования эвтектики – +1147 °C. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой ее точке происходит образование эвтектики (ледебурита) На линии CF (заэвтектические чугуны) из жидкого сплава выделится тот компонент, который является избыточным по отношению к эвтектике, т. е. цементит. Так как цементит образуется при первичной кристаллизации, его называют первичным. На линии CF возникает эвтектика – ледебурит. Следовательно, в результате первичной кристаллизации за—эвтектические чугуны будут состоять из первичного цементита и ледебурита.

Линия ECF (+1147 °C) называется эвтектической, так как на ней происходит образование механической смеси аустенита и цементита – ледебурита. Ледебурит имеет эвтектический состав, следовательно, его кристаллизация протекает при постоянной температуре +1147 °C. В результате первичной кристаллизации сталь получает структуру аустенита, характеризующуюся хорошей пластичностью и вязкостью. Поэтому такая сталь хорошо поддается обработке давлением при высоких температурах. Белые чугуны имеют в своем составе хрупкий и твердый ледебурит, который исключает возможность их обработки давлением даже при высоких температурах. Линия PSK на диаграмме характеризует температуру. при которой завершаются процессы вторичной кристаллизации. Для сталей, представленных на диаграмме, эта температура равна +727 °C. При температурах ниже +727 °C существенных превращений в сталях не наблюдается, структура, полученная при +727 °C, сохраняется при дальнейшем охлаждении сплава (вплоть до комнатной температуры). Линия PSK называется эвтектоидной. Точка S диаграммы соответствует составу эвтектоида – перлиту.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Диаграмма состояния системы железо - углерод

 

Металлические сплавы — это сложные по составу вещества на основе металлов, сохраняющие их основные свойства: высокую электро — и теплопроводность, литейные свойства, ковкость и др. Сплав может быть в жидком и твердом состоянии. В жидком состоянии существует только одна жидкая фаза, а в твердом у сплавов может быть несколько фаз в виде твердых растворов, химических соединений и механических смесей.

 

Твердые растворы состоят из двух и более компонентов, в которых атомы растворимого компонента располагаются в кристаллической решетке основного компонента, замещая его атомы, либо внедрясь в кристаллическую решетку.

 

Химические соединения могут быть в виде металлов с неметаллами (Fe3C) или металлов с металлами (CuAl2, CuNi). Они обладают конкретными физико — механическими свойствами. Например, цементит (Fe3C) имеет высокую твердость, повышенную хрупкость и низкую электропроводность.

 

Механические смеси состоят из нескольких компонентов, которые при  затвердевании (кристаллизации) не взаимодействуют друг с другом. Каждая из фаз сохраняет свою кристаллическую решетку. Например, у сталей могут одновременно быть  смеси феррита и аустенита, или перлита и цементита. Диаграммы состояния строятся на основе кривых нагрева и охлаждения. Рассмотрим сплав (рис. 1.25) медь- никель (Cu — Ni).  Атомы Cu и Ni могут соединяться в любых пропорциях (0…100%), образуя твердый раствор, при этом атомы Ni могут замещать в кристаллической решетке Cu все атомы. По горизонтальной оси откладывается содержание компонентов в твердом растворе, а по вертикальной- температура. Точка 1083 °C показывает температуру плавления меди, а точка 1452 °C –никеля. Нижняя линия (солидус) –это граница твердого раствора. Ниже ее оба металла и смесь находятся в твердом состоянии (в кристаллическом виде). Выше верхней линии (ликвидуса) располагается область жидкого раствора обоих этих металлов и сплавов. В «чечевице», очерченной нижней и верхней линиями, лежит область смеси кристаллов и более тугоплавкового металла с капельками более легкоплавкого.

 

В правой части рисунка 1.25 находятся кривые нагрева и охлаждения смеси (в данном случае представлена 50% смесь) этих металлов. На основании таких кривых, полученных для различных смесей в интервале 0…100% и построена диаграмма состояний. На кривых нагрева и охлаждения видны горизонтальные линии: при разрушении кристаллов тепло подводится, но повышения температуры нет, т.к. это тепло расходуется на разрушение кристаллов; при кристаллизации, наоборот, выделяется тепло, поэтому температура сплава по времени не снижается.

 

Для компонентов (пример для смеси свинец –сурьма), неограниченно растворимых в жидком состоянии и совершенно нерастворимых в твердом состоянии, с образованием механической смеси (эвтектики), диаграмма представлена на рис. 1.26.

 

 На первом участке диаграммы ниже линии температур 327…243 °C кристаллизуется свинец, а далее на участке температур 243…631 °C — сурьма. В точке С кристаллизуется свинец и сурьма, и жидкость без промежуточных фаз переходит в твердое состояние. Эта смесь называется эвтектикой. До нее будет доэвтектический сплав (Рb + Э), а после заэвтектический сплав (Sb + Э). В точке С самая низкая температура плавления  (243 °C) сплава.

 

Имеется связь характера диаграмм состояний со свойствами (электропроводность, твердость, прочность и т. д.). Так для первой группы сплавов –твердых растворов, с ростом концентрации компонента (например, Ni на рис. 1.25) механические свойства (твердость., прочность) увеличиваются, а для второй группы (рис. 1.26) имеется точка экстремума, т. е. сначала механические характеристики повышаются, а далее снижаются.

 

Структурные составляющие железо — углеродистых сплавов представлены в виде твердых растворов (рис. 1. 27) (феррит и аустенит), химического соединения (цементит) и механических смесей (перлит, ледобурит.,…).

 

Феррит это твердый раствор внедрение углерода в a—железо. Он  очень мягкий и пластичный, хорошо проводит тепло и электричество, сильно магнитен. Углерода в нем очень мало (около 0,002%). В микроструктурах металла цементит имеет белый цвет. Углерод замещает центральный атом объемно — центрированной кубической решетки (a — железо) или вакансии кристаллической решетки.

 

Фазовые превращения    (рис. 1.28) происходят по мере изменения температуры. При нагреве до 768 °С a — железо теряет свои магнитные свойства, но кристаллическая решетка не меняется.

 

При 898 °С – эта решетка превращается в гранецентрированную кубическую решетку, называемую   g — железом. Аустенит это твердый раствор внедрения углерода в y –железо. Он не магнитен, сравнительно мягкий, углерода содержится в нем максимально до 2%.

 

При 1401 °С  g — железо превращается в s — железо с объемно — центрированной решеткой, существующей до температуры плавления железа   (1539 °С).

 

Цементит — это химическое соединение (карбид железа Fe3C), содержащее 6,67% углерода  и имеющее высокую твердость и хрупкость, плохо проводящее электрический ток и тепло. Цементная сетка является светлой на микроструктурах сплава. Цементит является неустойчивым химическим соединением и при высоких температурах происходит его распад на железо и углерод:

 

Fe3 C ® Fe + C.

 

Ледебурит—это механическая смесь (эвтектика) , состоящая из аустенита и цементита и содержащая 4,3% углерода, образуется при температурах ниже 1147 °С, имеет высокую твердость и хрупкость.

 

Перлит – механическая смесь (эвтектоид), состоящая из тонких пластинок или зерен цементита и феррита, образуется в результате распада аустенита при температурах ниже 727 °С. Углерода в перлите 0,8%.

 

На основе кривых (рис. 1.28) охлаждения и нагрева сплавов Fe-C строится диаграмма состояний (рис.1.29) системы железо-углерод. На ней имеются линии: ликвидуса –АСД ; солидуса — AECF. Выше линии ликвидуса металл находится в жидком состоянии, а ниже линии солидуса- в твердом (кристаллическом)  состоянии. Остальные линии отражают превращения в сплавах, происходящие после затвердевания. Ниже линии солидуса, при дальнейшем снижении температуры происходят структурные изменения, т.е. перекристаллизация уже в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).

 

 В точке S аустенит распадается на твердую однородную смесь кристаллов феррита и цемента — перлит. Сплав в точке S — эвтектоидный, при содержании углерода меньше 0,8% доэвтектоидный, а более 0,8% — заэвтектоидный. После 0,8% происходит распад аустенита с выпаданием из него вторичного цементита.

 

Точка А –это температура плавления чистого железа Fe, а точка Д — температура плавления цементита Fe3C. Точка Е (2,14% С) делит сплав на две группы: стали и чугуны. Левее точки Е будут стали, а правее- чугуны.

 

Температура плавления стали с увеличением количества углерода С в ней снижается, а чугунов после 4,3% — увеличивается.

 

Сразу после затвердевания структура сталей состоит из аустенита, а чугунов из смесей: аустенит + ледебурит ; цементит + ледебурит.

 

При охлаждении доэвтектоидных сталей  (С < 0,8%, т.е. левее точки S) аустенит распадается, из него выделяется феррит.

 

В эвтектоидной точке С будет механическая смесь кристаллов аустенита и цементита — ледебурит. Правее точки С выделяется цементит. Сплавы чугунов левее точки С — доэвтектоидные, правее — заэвтектоидные.

 

Белые чугуны (белый оттенок на изломе). состоят из ледебурита и цементита Они твердые, хрупкие, трудно механически обрабатываются. Используются для передела в сталь.

 

Если углерод в сплаве находится в свободном состоянии, т.е. в виде графита, то это серые чугуны.

 

Диаграмма железо — углерод имеет большое практическое значение для инженеров. По ней можно определить температуру плавления и затвердевания сталей и чугунов, интервалы температур при обработке сталей давлением (ковка, штамповка,…) и  термической обработке (закалка, отпуск,…), т.е.. она нужна металлургу, кузнецу и термисту.

Диаграмма состояния системы железо – углерод. - 13 Сентября 2011 - Технологии


1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.


2. Феррит (Ф, α) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе (от латинского слова ferrum – железо).

Различают низкотемпературный феррит с предельной растворимостью углерода 0,02 % при температуре 727 °С (точка P) и высокотемпературный δ-феррит (в интервале температур 1392…1539 °С) с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499 °С (точка J).
Свойства феррита близки к свойствам железа.

Он мягок (твердость –130 НВ, временное сопротивление – σв = 300 МПа) и пластичен (относительное удлинение - δ =50 %), магнитен до 768 °С.


3. Аустенит (А, γ) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо (по имени английского ученого Р. Аустена).
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14 % при температуре 1147 °С (точка Е).
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – δ =40…50 %), парамагнитен.

При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.


4. Цементит – характеристика дана выше.

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы – цементит первичный, цементит вторичный, цементит третичный.

Химические и физические свойства этих фаз одинаковы.

Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений.

Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов.

Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита).

Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.


5. Графит – характеристика дана выше.

Поскольку углерод в сплавах с железом встречается в виде цементита и графита, существуют две диаграммы состояния, описывающие условия равновесия фаз в системах железо – цементит и железо – графит.

 

Первая диаграмма (Fе — Fе3С) называется цементитной (метастабильная), вторая (Fе – С)- графитной (стабильная).

 

Оба варианта диаграммы приводятся вместе в одной системе координат – температура – содержание углерода (рис. 1).

 

Диаграмма состояния системы железо – углерод построена по результатам многочисленных исследований, проведенных учеными разных стран.
Особое место среди них занимают работы Д.К. Чернова.

Он открыл существование критических точек в стали, определил их зависимость от содержания углерода, заложил основы для построения диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов в ее нижней, наиболее важной части.
Буквенное обозначение узловых точек в диаграмме является общепринятым как в России, так и за рубежом.



Рис. 1. Общий вид диаграммы состояния системы железо – углерод
 

СИСТЕМА ЖЕЛЕЗО — ЦЕМЕНТИТ (Fe — Fе3С)

 

Диаграмма состояния системы железо – цементит изображена на рис. 2.
Данные о точках диаграммы приведены в табл. 1.
Имеющиеся во всех областях диаграммы фазы видны на рис. 2.



Рис. 2. Диаграмма состояния системы железо – цементит

Ликвидус по всей диаграмме проходит по линиям АВ, ВС, СD; солидус – по линиям АН, НJ, JЕ, ЕСF.

 

Сплавы железа с углеродом обычно делят на стали и чугуны.

Условной границей для такого деления является 2,14 % С (точка E).

Сплавы, содержащие углерода менее 2,14 %, относятся к сталям, более 2,14 % – к чугунам.


Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, обозначаются буквой А.


В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс с (от слова chauffage – нагрев) при нагреве и индекс r (от слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.


Таким образом, например, нагрев доэвтектоидной стали выше соответствующей точки на линии СS обозначается как нагрев выше точки АС3.
При охлаждении же этой стали первое превращение должно быть обозначено как Аr3, второе (на линии РSК) – как Аr1.

 

Таблица 1.Узловые точки диаграммы состояния системы Fе — Fе3С.

Обозначение точки

t,°С

С,%

Значение точки

А

1539

0

Плавление (кристаллизация)

чистого железа

N

1392

0

Полиморфное превращение

δ↔ γ в чистом железе

G

911

0

Полиморфное превращение

α↔ γ в чистом железе

Н

1499

0,1

δ-твердый раствор, предельно

насыщенный углеродом.

Участвует в перитектическом превращении

J (I)

1499

0,16

Аустенит, возникающий в

результате перитектического превращения

В

1499

0,51

Жидкая фаза, участвующая в

перитектическом превращении

D

1260

6,67

Предполагаемая температура

плавления Fе3С

Е

1147

2,14

Аустенит, предельно

насыщенный углеродом

С

1147

4,3

Жидкая фаза, испытывающая

эвтектическое превращение

F

1147

6,67

P

727

0,02

Феррит, предельно

насыщенный углеродом

S

727

0,8

Аустенит, испытывающий

эвтектоидное превращение

K

727

6,67

Q

20

0,006

Феррит, предельно

насыщенный углеродом


Прежде чем перейти к непосредственному разбору на конкретных примерах процессов фазовых превращений, совершающихся в различных сплавах при их охлаждении и нагреве, необходимо сделать следующие замечания.


*Всякая диаграмма состояния показывает условия равновесного сосуществования фаз во взятой системе компонентов.


*Составы фаз при любой температуре удовлетворяют значениям, определяемым по сопряженным кривым только при условии установившегося физико-химического равновесия и при наличии плоской границы раздела фаз, т. е. при бесконечно большом радиусе кривизны этой поверхности.

 

*Если же поверхности раздела контактирующих фаз имеют иной (меньший) радиус кривизны, то создаются иные условия равновесия, в связи с чем изменяется взаимный ход соответствующей сопряженной пары кривых...

(PDF) Температура магнитного превращения цементита

5

[11] Хофер Л.Дж.: Природа карбидов железа. Бюллетень 631,

Горное управление Министерства внутренних дел США,

(1966).

[12] Дунаева С.А., Пермяков В.Г.: Изменение свойств и состава цементита

в процессе графитизации

. Металловедение и Термическая обработка

Metallov, Vol.10, (1971), с. 7 ÷ 10.

[13] Чипман Дж .: Термодинамика и фазовая диаграмма системы Fe-C

, Metallurgical Transactions, Vol. 3, (1972), pp. 55–64.

[14] Ледбеттер Х .: Поликристаллические упругие константы in situ

цементита (Fe

3

C). Материаловедение и инженерия A, 527,

(2010), стр. 2657 ÷ 2661.

[15] Кон Э. М., Хофер Л. Дж. Э .: Некоторые термические реакции высших карбидов железа

.Journal of Chemical Physics., 21 (2), (1953),

стр. 354 ÷ 359.

[16] Штукенс В., Мишель А.: Вариации стехиометрии чистого цементита

. Comptes Rendus de l Académie des Sciences,

253 (21), (1961), стр. 2358 ÷ 2360.

[17] Хонда К., Мураками Т.: О термомагнитных свойствах

карбидов, обнаруженных в сталях. Научные отчеты Университета Тохоку

, 6, (1917), стр. 23 ÷ 29.

[18] Митташ А., Кусс Э .: Синтез аммиака с катализаторами

на основе сложных цианидов железа. Zeitschrift der

Elektrochemie, 34 (4), (1928), стр. 167 ÷ 170.

[19] Сато Т., Нисидзава Т.: Исследование карбидов в чугуне и стали с помощью электролитической изоляции

(отчет 5). Влияние вариационных элементов на

точку Кюри цементита. Журнал Японского института металлов

, Том 20, № 6. (1956), с. 340 ÷ 344.

[20] Луптон Дж.Б., Мерфи С., Вудхед Дж. Х .: Закалка

низкоуглеродистых сталей, содержащих вольфрам. Металлургический

Операции, Том 3, (1972), с. 2923 ÷ 2931.

[21] Хэглунд, Дж., Гримвалл, Г., Ярлборг, Т .: Электронная структура, спектры фотоэмиссии X-

и транспортные свойства Fe

3

C

(цементит). Physical Revue B Том 44, No. 7, (1991),

с. 2914 ÷ 2919.

[22] Бида Г.В., Ничипурук А.П., Камардин В.М., Сташков А.Н.:

Структура и магнитно-механические свойства стали М74

и возможность неразрушающего контроля термически упрочненных рельсов

. Российский журнал неразрушающего контроля

, Том 41, вып. 6. (2005), с. 391 ÷ 402.

[23] Хартманн С., Рупперсберг Х .: Термоупругая деформация

расстояний между плоскостями решетки в белом чугуне. Материаловедение и

Engineering, A325, (2002), стр.414 ÷ 423.

[24] Рупперсберг Х .: Упругие и термоупругие деформации

расстояний между плоскостями решетки в сферических и пластинчатых кристаллах феррита

, заключенных в упруго изотропную матрицу. Материаловедение

и инженерия, A363, (2003), стр. 107 ÷ 115.

[25] Кабальеро Ф.Г., Гарсиа-Матео К., Гарсия де Андрес К.:

Дилатометрическое исследование реаустенизации бейнитных сталей с высоким содержанием кремния

: разложение остаточного аустенита.Материалы

Труды, т. 46, вып. 3, (2005), с. 581 ÷ 586.

[26] Справочник инженера - термическая обработка сплавов железа, работа

коллективная под редакцией В. Лутего. Научные издательства -

Техническая Варшава (1977).

[27] Добжаньски Л.А.; Инженерные материалы и дизайн

материалов. Основы материаловедения и металлургии.

идти. WNT Гливице-Варшава, (2006).

[28] Рудник С.: Металлургия. PWN Варшава, (1998).

[29] Стауб Ф., Адамчик Ю., Цеслакова Э., Губала Ю., Мацейны А.:

Металлургия. Силезское техническое издательство, Катовице,

(1994).

[30] Металлургия. Материалы для лабораторных занятий. Эд.

Я. Хучиньска, Издательство Гданьского технологического университета, (1995).

[31] Металлургия. Избранные вопросы. Эд. Я. Пацина, AGH

Университетское научное и дидактическое издательство, Краков,

(2005).

[32] Краусс Г.: Стали. Обработка, структура и производительность. ASM

Международный, (2005).

[33] Справочник по металлам. Том 8 Фазовые диаграммы систем Binary Alloy

. ASM International, Металл Парк Огайо, США, (1973).

[34] Окамото Х .: Система C-Fe (углерод-железо). Журнал Phase

Equilibria, Том 13, № 5, (1992), стр. 543 ÷ 565.

ТЕМПЕРАТУРА МАГНИТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЦЕМЕНТИТА

Аннотация

В статье представлены возможные причины различных значений температуры (температура магнитного превращения цементита), приведенных в литературе

для бинарных сплавов железо-углерод. .Было указано, что наиболее вероятной причиной этих расхождений является недостаточно подробный анализ

литературных источников, включая в первую очередь диаграмму железо-углерод, представленную Джоном Чипманом в 1972 году.

Ключевые слова: критическая точка A

0

, железо -углеродная фазовая диаграмма, сталь, бинарные сплавы

Рецензент статьи: dr hab. Англ. Владислав Осух, AGH Университет науки и технологий в Кракове 9000 3.Отчет

4B - Fe-контур, Fe3C

Лабораторная группа в составе:

Gda University of Technology ń ska

Факультет океанической инженерии и района Промышленность

Барбара Новаковска

год I, семестр II, обучение в , инженерии, группа 3С

Материаловедение и технологии производства

Дата лаборатории:

Дата сдачи отчета:

Преподаватель:

Оценка:

ОТЧЕТ № 4

Лаборатория № 4.Fe-Fe3C

равновесная система

1. Предисловие p

1.1. Цель упражнения

«Изучение равновесной системы Fe-Fe3C. Возможность разместить стальную конструкцию (в состоянии равновесия) на диаграмме системы фазового равновесия. Оценка примерного содержания углерода в сплаве по его структуре. Диаграмма Сувера ». 1

1.2. Определения

Сталь представляет собой пластически обработанный и термообработанный сплав железа с углеродом (теоретически до 2,0%, а практически 1,3% C) и другими металлургическими элементами (например,с никелем)

Ż железо техническое - это железоуглеродистый сплав, содержащий очень небольшое количество углерода. Известны технические утюги «АРМКО» и «СВЕА».

Феррит - твердый раствор углерода в Feα. (Известны два типа Feα: низкотемпературная разновидность 0-910oC и высокотемпературная разновидность Feα (δ) от 1398oC до 1539oC - пространственно-центрированная регулярная решетка с K8 и Feγ: 910-1398oC - регулярная решетка с центром в стенке с K12. W.

при температуре 768 ° C железо претерпевает магнитное превращение из ферромагнитного в магнитный пар, т. Е.теряет магнитные свойства). Феррит характерен для доэвтектоидных сталей. Предельная растворимость при температуре эвтектоида 727 ° C составляет 0,025%. При понижении температуры она снижается до 0,008%.

Цементит - интерметаллическая фаза Fe3C типа M3C (с содержанием углерода до 6,67%). Цементит имеет сложную ромбическую решетку. Это хрупкий и твердый ингредиент. Можно выделить первичный цементит (выделяется при затвердевании сплавов с содержанием углерода 4,3-6,67% С, в виде толстых игл), вторичный (отделяется от аустенита за счет снижения в нем растворимости углерода. при изменении температуры), третичный (отделяется от низкотемпературного феррита в результате понижения температуры).Цементит устойчив к химической среде.

Аустенит - это фаза, которая представляет собой раствор углерода в Feγ. Максимальная растворимость углерода в аустените при эвтектоидной температуре составляет 2,11% C.

Перлит представляет собой смесь феррита и цементита, образовавшуюся из аустенита в результате эвтектоидного превращения при температуре ниже 727 ° C. Толщина (дисперсность) и расстояние между пластинами феррита и цементита зависят от скорости охлаждения.

1.3. Диаграмма фазового равновесия Fe-Fe3C и диаграмма Сувера

Оба графика включены в Приложение 2.

2. Методология исследования

2.1. Подготовка образцов

Подготовка образцов для испытаний можно разделить на четыре этапа: резка, шлифовка, полировка, травление.

Резка - Образец необходимо вырезать в таком месте, чтобы была видна вся структура материала.

Если поперечное сечение отбираемого образца велико, необходимо вырезать несколько образцов.Для исследования неметаллических включений в материале образцы вырезают из внутреннего слоя сплава, для термической и химической обработки - из внешнего слоя. Резка производится вручную химическим способом,

механически или электролитически.

Образцы квадратной формы нарезаются со стороной 15-20 мм. Образцы меньшего размера устанавливаются в специальные держатели или монтируются (смешиваются с пластиком). Края поверхности образца должны быть защищены от закругления во время обработки на следующих этапах.

Шлифование - Шлифование выполняется вручную или механическим способом. Внешняя поверхность образца удаляется с помощью абразивов с все более мелкими гранулами.

Для шлифования: водостойкой абразивной бумаги с абразивом из корборунда, шлифовальными кругами из карборунда или электрокарборунда, плоскими шлифовальными кругами из железа, а также алмазными пастами.

Механическое шлифование выполняется мокрым способом на дисковых, плоских или ленточных шлифовальных машинах.Ручное шлифование осуществляется возвратно-поступательным движением образца по наждачной бумаге, размещенной на стеклянной пластине.

Полировка - Цель полировки - полностью выровнять поверхность образца. Полировать можно вручную или механически (для этого используются водные суспензии различных полировальных средств, например оксида алюминия, а также алмазные пасты). Подушечки для полировки обычно изготавливаются из таких материалов, как войлок, холст, нейлон, шелк.Также существует метод электролитического полирования, а также химико-механического или электролитико-механического полирования.

На полированном образце при 100-кратном увеличении можно заметить неметаллические включения, а также дефекты микроструктуры.

Травление - Поверхность образцов протравливается в растворах спиртовых кислот, оснований и солей для выявления структуры. Реагенты атакуют границы зерен и делают их поверхность видимой. Различные фазы материала проявляют разный цвет в результате химических реакций.

Разложение заключается в погружении образца в подходящий химический реагент. Затем образец промывают водой или спиртом и тщательно сушат. Полученный образец следует немедленно проверить. Чтобы образец был пригоден для исследования дольше, его необходимо хранить в эксикаторе с увлажнителем или покрывать специальным лаком.

Наиболее часто используемые химические вещества для травления стали: Mi1Fe (нитал) - универсальный, Mi3Fe (пикраль) - универсальный, Mi9Fe (пикрат натрия) - обнаруживает цементит и нитриды железа, Mi19Fe - травит аустенитные стали.

Таким образом были сделаны образцы в упражнении. Все образцы отполированы и протравлены.

Образцы, использованные в упражнении, получены из различных экспертных заключений, выполненных лабораториями Гданьского технологического университета. Это образцы сплавов и металлопродукции.

2.2. Металлографический микроскоп 9000 3

Световой микроскоп состоит из линзы, окуляра, осветителя, стола, корпуса. Схема светового микроскопа в Приложении 1.

Линза - это оптическая система, состоящая из нескольких линз в одном металлическом корпусе. Качество изображения зависит от наличия ряда дефектов, например сферической или хроматической аберрации.

Числовая апертура объектива:

A = n sin (β / 2)

A- числовая апертура

n - показатель преломления

β - светосильный угол объектива.

Разрешающая способность объектива:

d = λ / A

d - разрешение

λ - длина волны.

Окуляр также является оптической системой. Он увеличивает изображение, сформированное линзой, и передает его наблюдателю. В зависимости от конструкции может исправить некоторые дефекты человеческого глаза. Основная цель осветителя, как следует из названия, - обеспечить достаточный свет, чтобы образцы стали видны. Осветитель состоит из мощного точечного источника света. Лучи проходят через диафрагмы и конденсатор, а затем попадают на соответствующий осветитель, то есть на пластину, призму или кольцо, которое меняет свое направление.

Изображение создается в светлом поле или его негативное изображение в темном поле.

2.3. Дефекты металлографического микроскопа 9000 3

Хроматическая аберрация - дефект, искажающий изображение, формируемое линзой.

Явление разного преломления лучей разной длины волны.

Сферическая аберрация - дефект, искажающий изображение, формируемое линзой.

Явление, при котором лучи, проходящие через разные места линзы, достигают разных точек фокусировки (лучи, расположенные ближе к оси, преломляются меньше).

2.4 Методы определения прибл. содержит Ки в гла в стали 1. Сплав, содержащий перлит и феррит

x = Qp / Qpf

у = 1-х

Предполагая, что перлит содержит 0,8% C, а феррит 0% C. Содержание углерода z можно определить как: z = x * 0,8

x - количественная доля перлита

г - количественная доля феррита

z - содержание углерода

Qp - масса перлита

Qpf - масса сплава

2.Сплав, содержащий вторичный цементит и перлит

м = Qc / Qpc

к = 1-м

Вы можете найти содержание углерода z как:

г = 0,8 + м * (6,67 - 0,8)

м - количественная доля цементита

к - количественная доля перлита

z - содержание углерода

Qc - масса цементита

Qpc - масса сплава

3. Результаты испытаний

Результаты испытаний подготовлены на основе следующих стандартов:

PN-65 / H-04505 «Микроструктура металлопродукции»

PN-54 / H-04507/01 «Микроскопические методы определения размера зерна»

ПН-63 / Н-04504 «Цементит третичный.Пропускная способность. Структура Widmannstatten »

Увеличенный вид чертежей образцов можно найти в Приложении 1.

3.1. Образец 1.

Увеличение: 100

Офорт: ДА

Описание структуры: ферритно-перлитный

Содержание: перлит 5%; феррит 95% 9000 3

Размер зерна: 4 (sk A)

Полоса пропускания:

не наблюдается

Неметаллические включения: точечные оксиды (ТП 3А)

Цементит: Стандартный 3C

Содержание углерода: 0,04% (без учета цементита III)

Образец показывает белые ферритовые поля, пересекаемые нитевидной сеткой из перлита.Вы можете увидеть выделения третичного цементита. Внешний вид образца свидетельствует о том, что это может быть стальной литой образец.

3.2. Образец 2.

Увеличение: 100

Офорт: ДА

Описание структуры: ферритно-перлитный

Содержание: 95% перлит; феррит 5% 9000 3

Размер зерна: 8 (sk A)

Полоса пропускания:

не наблюдается

Неметаллические включения: не наблюдались

Цементит: не наблюдается

Содержание углерода: 0,76%

Образец показывает темную плотную сетку зерен перлита и феррита с низким содержанием феррита.Содержание углерода в сплаве довольно высокое. Сложно определить вид просматриваемой стали.

3.3. Образец 3.9006

Увеличение: 100

Офорт: ДА

Описание структуры: ферритно-перлитный

Содержание: перлит 85%; феррит 15% 9000 3

Размер зерна: 4 (sk B)

Полоса пропускания:

не наблюдается

Неметаллические включения:

не наблюдались

Цементит:

не наблюдается

Содержание углерода: 0,68%

Под микроскопом при увеличении 100 можно увидеть большие темные зерна перлита, окруженные редкой сеткой яркого феррита.Содержание углерода указывает на то, что это может быть нелегированная конструкционная сталь более высокого качества, сталь 65 (согласно PN-93 / H-84019).

3.4. Образец 4.9006

Увеличение: 100

Офорт: ДА

Описание структуры: Ферритно-перлитный

Содержание: перлит 75%; феррит 25% 9000 3

Размер зерна: 6 (sk B)

Полоса пропускания:

не наблюдается

Неметаллические включения:

не наблюдались

Цементит:

не наблюдается

Содержание углерода: 0,60%

Мелкие, очень правильные зерна феррита и перлита.Содержание углерода указывает на то, что это может быть нелегированная конструкционная сталь более высокого качества, сталь 60 (согласно PN-93 / H-84019).

3.1. Образец 5.

Увеличение: 100

Офорт: ДА

Описание структуры: Ферритно-перлитный

Содержание: 50% перлит; феррит 50% 9000 3

Размер зерна: 4 (sk A)

Полоса пропускания:

не наблюдается

Неметаллические включения:

не наблюдались

Цементит:

не наблюдается

Содержание углерода: 0,40%

Темные крупные зерна перлита, окруженные крупной сеткой светлого феррита.Видна разная окраска фаз, полученных при переваривании пробы. Содержание углерода указывает на то, что это может быть нелегированная конструкционная сталь более высокого качества, сталь 40 (согласно PN-93 / H-84019).

4. Выводы.

1. Образцы для исследования под микроскопом должны быть тщательно подготовлены, последующие этапы подготовки образца открывают новые возможности исследования образца.

2. Система неметаллических включений труднее читается на протравленных образцах.Однако выявляется зернистая структура материала, а также видны структурные погрешности материала.

3. Тип сплава, из которого он изготовлен, можно определить по внешнему виду образца.

Сравнивая полученное изображение со стандартами, содержащимися в соответствующих стандартах, можно определить тип стали.

4. Сталь с разной внутренней структурой имеет разные свойства. По мере увеличения содержания углерода в сплаве увеличивается прочность материала, снижается пластичность и увеличивается хрупкость.

Сталь с другой внутренней структурой выполняет разные функции. Стандарты определяют состав и структуру стали, чтобы ее можно было отнести к определенной категории.

5. Содержание перлита в сплаве прямо пропорционально содержанию углерода.

6. Под световым микроскопом при 100-кратном увеличении можно увидеть тип структуры, можно определить процентное содержание перлита, феррита, цементита (по стандарту), что позволяет определить содержание углерода. Дополнительно можно наблюдать размер зерна (согласно

, описываются стандартным номером и шкалой), полосатостью (при 500-кратном увеличении), а также содержанием неметаллических включений.

7. Образец изображения может быть искажен из-за несовершенства объектива. Тогда стоит посмотреть образец в нескольких местах.

Литература:

1. К. Кадны. Судовые материалы, Уроки, Упражнение 7. Гданьск 2001 9000 3

2. К. Кадны. Судовая металлургия. Гданьск 2001

3.ПН-88 / Н-84020 «Сталь конструкционная общего назначения нелегированная. Разновидность."

4. ПН-93 / Н-84019 «Сталь конструкционная углеродистая высшего качества общего назначения. Марки»

5. PN-76 / H-04660 «Чугун и стальное литье. Микроскопическое исследование. Отбор и подготовка проб »

6. PN-65 / H-04505 «Микроструктура металлопродукции»

7. PN-54 / H-04507/01 «Микроскопические методы определения крупности зерна»

8. ПН-63 / Н-04504 «Цементит третичный.Пропускная способность. Структура Widmannstatten »

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Диаграмма равновесной системы Fe-Fe3C и диаграмма Совера из книги: К. Кадни. Судовая металлургия. Гданьск 2001

.

Что такое аустенит?

Термическая обработка стали - сильнейший механизм воздействия на ее структуру и свойства. Он основан на модификации кристаллических решеток в зависимости от температурной игры. В различных условиях в сплаве железо с углеродом могут присутствовать железо, углерод, перлит, цементит и аустенит. Последний играет важную роль во всех термических превращениях стали.

Определение

Сталь - это сплав железа и углерода, содержание углерода в котором теоретически составляет до 2,14%, но технологическое применение не превышает 1,3%.Соответственно, все структуры, которые образуются в нем под воздействием внешних воздействий, также являются разновидностями сплавов.

Теория представляет их существование в четырех разновидностях: проникающий твердый раствор, твердый раствор исключения, механическая смесь зерен или химическое соединение.

Аустенит представляет собой надежное решение для проникновения атомов углерода в кубическую кристаллическую решетку железа с центрированной стенкой, обозначаемую как γ. Атом углерода вводится в полость решетки γ-железа.Его размеры превышают соответствующие поры между атомами Fe, что объясняет ограничения их прохождения через «стенки» базовой структуры. Он образуется в процессах термических превращений феррита и перлита, когда температура поднимается выше 727 ° C.

Диаграмма сплавов железа и углерода

Диаграмма, называемая диаграммой состояния железо-цементит, построенная экспериментально, представляет собой четкий перечень. всех возможных вариантов трансформации стали и чугуна. Конкретные значения температуры для определенного количества углерода в сплаве создают критические точки, в которых происходят значительные структурные изменения в процессах нагрева или охлаждения, а также создают критические линии.

Линия GSE, содержащая точки Ac 3 и Ac m , отображает уровень растворимости углерода по мере увеличения уровня тепла.

Таблица растворимости углерода в аустените в зависимости от температуры

Температура, ° C

900

850

727

8

Примерная растворимость C в аустените,%

0,2 ​​

0,5

0,8

1,3

2,14

2,14

представляет собой структуру, которая образуется при нагревании стали.После достижения критической температуры перлит и феррит образуют единое вещество.

Варианты нагрева:

  1. Равномерное, до желаемого значения, короткое воздействие, охлаждение. В зависимости от свойств сплава аустенит может быть сформирован полностью или частично.
  2. Медленное повышение температуры, длительный период поддержания достигнутого уровня нагрева для получения чистого аустенита.

Свойства получаемого нагретого материала, а также то, что будет происходить в результате охлаждения.Многое зависит от достигнутого уровня тепла. Важно не перегревать и не делить.

Микроструктура и свойства

Каждой из фаз, характерных для железа и карбонатного сплава, присуща решетчатая и зернистая структура. Структура аустенита пластинчатая, игольчато-хлопьевидная. Когда углерод полностью растворен в γ-железе, зерна становятся светлыми без темных включений цементита.

Твердость 170-220 НВ. Теплопроводность и электропроводность на порядок ниже, чем у феррита.Магнитные свойства отсутствуют.

Варианты охлаждения и его скорость приводят к образованию различных модификаций «холодного» состояния: мартенсита, бейнита, троостита, сорбита, перлита. Они имеют схожую игольчатую структуру, но отличаются дисперсностью частиц, размером зерен и частицами цементита.

Влияние охлаждения на аустенит

Распад аустенита происходит в тех же критических точках. Его эффективность зависит от следующих факторов:

  1. Скорость охлаждения.Влияет на характер углеродных включений, образование зерен, формирование конечной микроструктуры и ее свойства. Это зависит от среды, используемой в качестве охлаждающей жидкости.
  2. Наличие изотермической составляющей на одном из элементов стадии распада - при понижении температуры до определенного температурного уровня стабильное тепло поддерживается в течение определенного периода времени с последующим быстрым охлаждением или происходит с нагревательным устройством (печь ).

Таким образом выделяются непрерывные и изотермические превращения аустенита.

Характеристика характера преобразований. График

C-образный график, отображающий знак Изменения в микроструктуре металла за период времени, в зависимости от степени изменения температуры, представляют собой диаграмму превращения аустенита. Фактическое охлаждение - непрерывное. Возможны только определенные фазы принудительного удержания тепла. График описывает изотермические условия.

Форма может быть диффузной и диффузной.

Со стандартными коэффициентами понижения тепла Аустенитное зерно изменяется за счет диффузии.В зоне термодинамической нестабильности атомы начинают двигаться друг с другом. Те, кто не успевает проникнуть в решетку железа, образуют включения цемента. Они связаны соседними частицами углерода, высвобождаемыми из их кристаллов. Цементит образуется на границах распадающихся зерен. Очищенные кристаллы феррита образуют соответствующие пластины. Образуется дисперсная структура - смесь зерен, размер и концентрация которых зависит от скорости охлаждения и содержания углерода в расплаве.Также образуются перлит и его промежуточные фазы: сорбит, троостит, бейнит.

При высоких скоростях понижения температуры Аустенит не диффузионно распадается. Имеются сложные кристаллические искажения, при которых все атомы одновременно смещаются в плоскости, не меняя своего положения. Отсутствие диффузии способствует образованию мартенсита.

Влияние закалки на характеристики распада аустенита. Martensit

Закалка - это вид термообработки, суть которого заключается в быстром нагреве до высоких температур выше критических точек Ac 3 и Ac m с последующим быстрым охлаждением.Если температура воды падает со скоростью более 200 ° C в секунду, образуется стабильная игольчатая фаза, называемая мартенситом.

Перенасыщенный твердый раствор - проникновение углерода в железо посредством кристаллической решетки α-типа. Из-за сильного смещения атомов он искажается и образует четырехугольную сеть, что является причиной затвердевания. Образовавшаяся структура имеет больший объем. В результате кристаллы, ограниченные плоскостью, сжимаются, и образуются игольчатые пластинки.

Мартенсит - прочный и очень твердый (700-750 HB). Он образуется только в результате быстрого затвердевания.

Закалка. Диффузионные структуры

Аустенит - это формация, из которой будут искусственно производиться бейнит, троостит, сорбит и перлит. Если закалочное охлаждение происходит медленнее, происходят диффузионные превращения, механизм которых описан выше.

Троостит - это перлит, который характеризуется высокой степенью дисперсности.Он создается с перепадом температуры 100 ° C в секунду. Большое количество мелких зерен феррита и цементита распределено по всей плоскости. «Закаленный» имеет пластинчатую форму цементита, а троостит, полученный в результате последующего высвобождения, имеет зернистую визуализацию. Твердость 600-650 НВ.

Бейнит представляет собой промежуточную фазу, которая представляет собой еще более дисперсную смесь кристаллов высокоуглеродистого феррита и цементита. По своим механическим и технологическим свойствам он уступает мартенситу, но превосходит троян.Образуется в температурных диапазонах, где диффузия невозможна, а силы сжатия и смещения кристаллической структуры для преобразования в мартенситную структуру недостаточны.

Сорбит - это крупноформатный перлит игольчатой ​​формы, охлаждаемый со скоростью 10 ° C в секунду. По механическим свойствам занимает промежуточное положение между перлитом и троостом.

Перлит - совокупность зерен феррита и цементита, которые могут быть зернистыми или пластинчатыми.Образуется в результате плавного разложения аустенита со скоростью охлаждения 1 ° C в секунду.

Бейтит и троостит более тесно связаны со структурами закалки, в то время как сорбит и перлит могут образовываться даже во время закалки, отжига и нормализации, свойства которых определяют форму зерен и их размер.

Влияние отжига на характеристики распада аустенита

Практически все виды отжига и нормализации основаны на взаимном превращении аустенита. Для превтектоидных сталей применяют полный и неполный отжиг.Детали нагреваются в печи выше критических точек Ac 3 и Ac 1 соответственно. Первый тип характеризуется длительной выдержкой, обеспечивающей полное превращение: феррит-аустенитный и перлит-аустенитный. Затем идет медленное охлаждение заготовок в духовке. Это мелкодисперсная смесь феррита и перлита без внутренних, пластических и сильных напряжений. Неполный отжиг требует меньших затрат энергии, он только изменяет структуру перлита, оставляя феррит практически неизменным.Нормализация подразумевает более высокую скорость снижения температуры, но более грубую и менее пластичную структуру на выходе. В случае стальных сплавов с содержанием углерода от 0,8 до 1,3% охлаждение в условиях нормализации приводит к разложению в направлении аустенит-перлит и аустенит-цементит.

Другой вид термообработки, основанный на структурных превращениях, - гомогенизация. Действительно для крупных деталей. Это означает, что состояние аустенитного грубого зерна полностью достигается при температуре 1000-1200 ° C и выдержке в печи до 15 часов.Изотермические процессы продолжают медленно остывать, что способствует выравниванию металлических конструкций.

Изотермический отжиг

Для простоты понимания каждый из следующих методов воздействия на металл считается изотермическим превращением аустенита. Однако каждая из них имеет определенные характеристики только на определенном этапе. На самом деле изменения происходят при постоянном уменьшении тепла, от скорости которого зависит результат.

Один из методов, наиболее близких к идеальным условиям, изотермический отжиг.Его суть также заключается в нагреве и старении до полного распада всех структур на аустенит. Охлаждение происходит в несколько этапов, что способствует более медленному, продолжительному и термически стабильному его разложению.

  1. Резкое падение температуры до значения на 100˚С ниже точки Ac 1 .
  2. Принудительное сохранение полученного значения (помещение в печь) в течение длительного времени до окончания ферритно-перлитной фазы.
  3. Охлаждение на неподвижном воздухе.

Метод применим к легированным сталям, характеризующимся наличием остаточного аустенита в охлажденном состоянии.

Твердые аустениты и аустенитные стали

При наличии остаточного аустенита иногда возможно неполное разложение. Это может произойти в следующих ситуациях:

  1. Слишком быстрое охлаждение, когда нет полных распадов. Это структурный компонент бейнита или мартенсита.
  2. Высокоуглеродистая или низколегированная сталь, для которой процессы диффузного аустенитного превращения затруднены.Для этого требуются специальные методы термообработки, такие как гомогенизация или изотермический отжиг.

Для высоколегированных - не описаны процессы превращений. Легирование стали никелем, марганцем, хромом способствует образованию аустенита как основной твердой структуры, не требующей дополнительных воздействий. Аустенитные стали отличаются высокой прочностью, коррозионной стойкостью и высокой термостойкостью, жаростойкостью и устойчивостью к суровым условиям эксплуатации.

Аустенит - это структура, без которой невозможен высокотемпературный нагрев стали, которая используется практически во всех методах термической обработки для улучшения механических и технологических свойств.

.

аустенит

аустенит

Подстраницы: [1] 2 [3] [4] [5]

Читайте также ...
Молибден ( Mo , латинское молибден) - химический элемент переходный металл группы в периодической таблице. Дословный перевод названия «свинец» происходит от греческого слова «свинец» - μόλυβδος molybdos. Аллотропия - явление нахождения в одном агрегатном состоянии разных разновидностей одного и того же химического элемента, различающихся по физическим и химическим свойствам.Аллотропные формы элемента могут различаться кристаллической структурой или количеством атомов в молекуле.

Раскрытие первичных зерен аустенита [| редактировать код]

Под первичным аустенитом мы понимаем аустенит, присутствующий в стали после завершения отжига непосредственно перед началом охлаждения и аллотропного превращения. В технологиях пластической обработки и термообработки важен размер зерен первичного аустенита. Мелкозернистые стали позволяют использовать более высокую конечную температуру горячей обработки и более широкий диапазон температур аустенизации во время закалки.Мелкозернистая структура также улучшает механические свойства нормализованных, закаленных и отпущенных сталей. Выявление первичных аустенитных зерен в сталях со структурой, отличной от аустенитной, с целью определения их размера может осуществляться несколькими методами:

Феррит - фазовая и структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, твердый раствор одного или нескольких элементов в железе α или железе δ. Сплавы с памятью формы - интеллектуальные материалы, в которых происходит обратимое термоупругое мартенситное превращение или изменение ориентации кристаллов мартенсита под действием внешнего магнитного поля.

  • путем науглероживания
  • методом окисления
  • методом ферритной или цементитовой сетки
  • травлением.
  • Метод науглероживания [| редактировать код]

    В низкоуглеродистой стали в твердой среде с последующим контролируемым охлаждением можно наблюдать металлографическое наблюдение за решеткой цементита на границах зерен первичного аустенита в науглероженном слое, протравленном ниталом или основным пикратом натрия.

    Цементит - метастабильный карбид железа с эмпирической формулой Fe3C (25% атомов C, что составляет 6,67% по массе C).Это один из конструктивных элементов стали и чугуна. Металлография - исследование внутреннего строения металлических материалов (металлов и их сплавов), основанное в основном на микроскопических исследованиях.

    Метод окисления [| редактировать код]

    Наблюдение за ферритной сеткой, образованной на границах первичных аустенитных зерен, проводится в результате обезуглероживания зернограничных областей во время аустенитизации эвтектоидной стали в окислительной атмосфере с последующим охлаждением в воде, масле или воздухе.

    Метод ферритной или цементитной сетки [| редактировать код]

    Он используется для наблюдения за зерном первичного аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях, поскольку феррит / цементит выделяется в виде сетки во время соответствующего охлаждения на границах зерен аустенита (это зависит от концентрации углерода в стали).

    Азот ( N , латинское азотирование) - химический элемент с атомным номером 7, неметалл из 15 группы (нитриды) периодической таблицы Менделеева.N и N - стабильные изотопы азота. Свободный азот находится в форме двухатомной молекулы N2. В этой молекуле два атома этого элемента связаны друг с другом тройной связью. Азот является основным компонентом воздуха (78,09% по объему), а его содержание в литосфере Земли составляет 50 ppm. Он входит в состав многих соединений, таких как: аммиак, азотная кислота, нитриты и многие важные органические соединения (нуклеиновые кислоты, белки, алкалоиды и многие другие). Азот в твердой фазе присутствует в шести аллотропных формах, названных в честь последующих греческих букв (α, β, γ, δ, ε, ζ).Недавние исследования показывают возможное существование двух других разновидностей (η, θ). Никель ( Ni , лат. Niccolum) - химический элемент из группы переходных металлов периодической таблицы. Он был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Кронштедтом. В 1804 году он был впервые получен в чистом виде. До нашей эры его использовали в сплавах с медью и цинком.

    Метод травления [| редактировать код]

    Изготовлен из раствора пикриновой кислоты и соляной кислоты в этиловом спирте, что позволяет наблюдать первичные аустенитные зерна в сталях, в основном легированных, закаленных до мартенсита.Для более четкого протравливания границ зерен первичного аустенита в некоторых сталях необходимо использовать отпуск при температуре около 450 ° C.

    Польский стандарт (обозначен символом PN ) - национальный стандарт, принятый консенсусом и одобренный национальным органом по стандартизации - Польским комитетом по стандартизации (PKN). Стандарты PN широко доступны, но не бесплатны, и их распространение контролируется PKN. Металлический сплав (ранее также: сплав) - материал с металлическими свойствами, в структуре которого металл представляет собой матрицу, и кроме него есть как минимум один дополнительный компонент, называемый легирующей добавкой.Вводятся добавки для улучшения прочностных свойств материала. Обычно они ухудшают пластичность, электропроводность и теплопроводность. Они также часто снижают коррозионную стойкость.

    Превращения при нагревании и охлаждении в аустенитной области [| редактировать код]

    Рис. 3. Схема диаграммы CTPi нелегированной стали с учетом диапазона существования нескольких фаз. Рис. 4. Принципиальная схема CCT для стали, включая три различных скорости охлаждения и диапазоны существования феррита, перлита, бейнита и мартенсита.Основная статья: Аустенизация.

    Образование аустенита в нелегированных сталях [| редактировать код]

    Аустенит образуется в результате эвтектоидного превращения, происходящего при нагревании выше температуры Ac1, а также в результате превращения феррита в доэвтектоидных сталях. Вторичный (вторичный) цементит растворяется в заэвтектоидных сталях после эвтектоидного превращения при нагреве. На межфазных границах образуются зародыши аустенита.

    Перлитное превращение - фазовое (термическое) превращение аустенита в перлит, происходящее в результате медленного охлаждения стали (ниже температуры 727 ° C), нагретой до температуры аустенита.Это происходит, когда аустенит охлаждается ниже температуры Ar1 (аллотропной). Это диффузионная трансформация, связанная с перегруппировкой атомов углерода, происходящая в результате зарождения и роста зародышей; гетерогенное зародышеобразование на частицах цементита, ферритных пластинах и в аустените на границах его зерен; последовательное формирование пластин цементита и феррита. Мартенсит - первоначально название одной из метастабильных структур, встречающихся в сплавах Fe-C, характеризующихся очень высокой твердостью. Оно происходит от имени немецкого металлурга Адольфа Мартенса (1850-1914).В настоящее время под мартенситом следует понимать все структуры, возникающие в результате широко известных мартенситных превращений.

    Образование аустенита в легированных сталях [| редактировать код]

    В легированных сталях для образования аустенита требуется диффузия углерода и легирующих элементов на большие расстояния. Следует помнить, что некоторые карбиды сплавов имеют очень прочные атомные связи, и их растворение в растворе требует соответственно более высоких температур.Карбиды титана, ванадия и ниобия растворяются труднее всего. Цементит растворяется первым.

    Пикрат натрия - органическое химическое соединение, натриевая соль пикриновой кислоты. При воспламенении, даже в небольших количествах, он имеет тенденцию к взрывному разложению; он взрывается при ударе. В щелочном растворе при нагревании превращается в пикрамат натрия. Нитал - (также известный как азотал) химический агент для травления металлографических образцов стальных образцов.Это несколько процентов раствор азотной кислоты в этаноле или метаноле.

    Кинетика превращения переохлажденного аустенита [| редактировать код]

    Основная статья: Закалка.

    Кинетика превращения переохлажденного аустенита может быть представлена ​​на диаграммах CTP ( C as - T температура - P кожа). Если данное преобразование происходит в изотермических условиях, оно отображается на диаграмме CTPi (см. Рис. 3). В случае превращений в условиях непрерывного охлаждения они представлены на диаграмме CTPc (см. Рис.4). В связи с важностью роли диффузии в превращениях аустенита выделяют три основные группы:

    Закалка - тип термообработки материала, заключающийся в нагревании данного материала до соответствующей температуры, называемой температурой затвердевания, поддержании его при этой температуре в течение времени, необходимого для восстановления внутренней структуры материала (в основном, фазовых переходов) и затем достаточно быстро охладить. После такой обработки в материале появляются локальные концентрации напряжений, обычно приводящие к увеличению прочностных свойств: твердости, прочности, предела текучести и эластичности, а также сопротивления истиранию за счет увеличения хрупкости и снижения пластичности и пластичности. удлинение. Мартенситностареющая сталь - это сталь, в которой основным механизмом упрочнения является разделение интерметаллических фаз в мартенситной матрице в процессе окончательного старения. Стали этого типа сохраняют хорошие пластические и прочностные свойства в широком диапазоне рабочих температур. Некоторые виды мартенситностареющей стали могут надежно работать при температуре до 600 ° C. К наиболее известным сталям этого типа относятся стали, содержащие 20-25% Ni с добавками 1,3-1,6% Ti, 0,15-0,30% Al, 0,3-0,5% Nb.Недостатком марочных сталей является их высокая цена по сравнению с низколегированными высокопрочными сталями, поэтому использование ограничивается только специальными применениями, такими как:

  • диффузионное превращение (например, выделение феррита, перлитное превращение) - происходит при низкой скорости охлаждения
  • непрямое преобразование (например, превращение бейнита) - происходит при умеренной скорости охлаждения
  • бездиффузионное превращение (например, мартенситное превращение) - имеет место при высокой скорости охлаждения, которая предотвращает протекание процессов диффузии на большие расстояния.
  • Стабилизация аустенита [| редактировать код]

    Мартенситное превращение в стали атермично и необратимо. Пластины мартенсита, зарождающиеся при заданной температуре, растут до тех пор, пока не столкнутся с границами зерен или другими пластинами. Увеличение времени выдержки при заданной температуре не вызывает зарождения новых бляшек или дальнейшего роста существующих. Этот процесс, в свою очередь, делает аустенит более устойчивым к дальнейшему превращению. Эффект называется стабилизацией аустенита, и это связано с изотермической стойкостью.Исследования показали, что удаление интерстициальных элементов (углерода, азота) устраняет стабилизирующий эффект. В таких сталях мартенситное превращение и рост игл мартенсита могут происходить изотермически.

    Кислотостойкая сталь - кислотостойкая сталь с меньшей прочностью, чем серная кислота. Кислотостойкость достигается за счет стабилизации аустенита при нормальных условиях, чего можно достичь благодаря высокому содержанию хрома (17-20%) и никеля (8-14%), а также других легирующих добавок, таких как марганец, титан, молибден и медь.Кислотостойкие стали используются после полировки. Поскольку легирующие элементы при высоких температурах имеют тенденцию соединяться с углеродом с образованием твердых карбидов, после сварки элементов из кислотостойкой стали требуется термообработка. Термическая обработка - собирательное название обработки металлических материалов, заключающееся в соответствующем нагреве, отжиге и охлаждении до заданных температур и с заданной скоростью с целью изменения свойств сплава в твердом состоянии. Целью использования операций и обработок термической обработки является, например,изменение механических и пластических свойств за счет изменения структуры. Эти операции также выполняются с использованием дополнительных факторов, например, механической или химической обработки.

    Явление стабилизации аустенита вызывает проблемы в случае сталей, температура Ms которых близка к температуре окружающей среды. В этом случае после закалки остается значительное количество непревращенного аустенита. Превращение аустенита может быть завершено дополнительным переохлаждением, величина которого увеличивается с увеличением длины изотермического сопротивления.Остаточный аустенит можно преобразовать, подвергнув материал обработке, называемой замораживанием.

    Соляная кислота ( соляная кислота ) (HCl; пот. Zazajer из немецкого Salzsäure) - неорганическое химическое соединение из группы анаэробных кислот, представляющее собой водный раствор газообразного хлористого водорода. Иногда соляную кислоту также называют раствором хлороводорода в других полярных растворителях, например ацетоне. Он очень агрессивен. Металлургия - Металловедение, в том числе обработка пластмасс, литье, металлургия и добывающая металлургия.Предметом металлургических исследований является переработка металлических руд до конечного продукта (например, медного кабеля, автомобильных дверей, алюминиевых профилей). В разговорной речи это часто приравнивается к металлургии, а металлургия имеет дело только с добывающей металлургией. В настоящее время процессы извлечения металлов составляют небольшой процент объектов исследований в металлургии, которые в основном сосредоточены на обработке металлов, то есть производстве предметов бытового назначения.

    Примером материала, не проявляющего явления стабилизации аустенита, является мартенситностареющая сталь с низким содержанием промежуточных элементов.

    Подстраницы: [1] 2 [3] [4] [5]


    Стоит знать, что ... beta

    Фазовая диаграмма ( фазовая диаграмма ) - для разных фаз, оставшихся в состоянии равновесия - зависимость состава данной фазы от состава другой фазы; такой граф содержит информацию об областях или точках сосуществования, где одновременно существуют разные фазы.

    Переохлаждение - это охлаждение жидкости до температуры ниже точки замерзания жидкости.Жидкость в таком состоянии называется переохлажденной. Это состояние термодинамически нестабильно.

    Перлит - пластинчатые агрегаты феррита и цементита, образованные эвтектоидным распадом аустенита. Компонент сплавов железа, смесь феррита и цементита, образованная из аустенита путем эвтектоидного превращения при температуре 727 ° C; с содержанием углерода 0,77%. Под эвтектоидным превращением мы понимаем обратимое превращение аустенита в перлит (феррит и цементит), которое происходит при постоянной температуре.

    Nucleation (нуклеация) - начальный этап фазового превращения, во время которого в веществе образуются небольшие зародыши новой фазы.

    Твердый раствор - Твердое вещество, которое представляет собой физически однородную кристаллическую фазу, содержащую два или более компонентов, например, два или более типов ионов металлов в кристаллической решетке. Такая фаза называется твердым раствором, если после добавления растворенных веществ к доминирующему компоненту (растворителю) тип кристаллической структуры не меняется, а параметры решетки изменяются постепенно по мере увеличения концентрации растворенных веществ.

    Диффузия - процесс самопроизвольного распространения молекул или энергии в данной среде (например, в газе, жидкости или твердом теле), возникающий в результате хаотических столкновений молекул диффундирующего вещества друг с другом или с молекулами окружающей среды. Средняя. В связи с масштабом явления рассматриваются два основных типа диффузии:

    Превращение бейнита - промежуточное превращение при охлаждении из аустенита, продуктом которого является микроструктура бейнита.

    .

    Чугун, стальные листы и слитки: купить у производителя

    .

    Марка чугуна *

    Элементы, мас.%

    С

    Mn макс

    Si макс

    S макс

    P макс

    P1 / P2 / PL1 / PL2

    3.5-5,0

    1,00

    1,20 (цель 1,00)

    0,05

    0,10 (цель 0,08)

    Производство чугуна и стальных полуфабрикатов

    Чугун производится в доменных (шахтных) печах - вертикальных объектах с огнеупорным покрытием и стальным покрытием толщиной до 35 мм.Обработка в доменной печи восстанавливает железо (из руды), поскольку оно вступает в реакцию с оксидом углерода, водородом и углеродом, которые выделяются при сжигании топлива в печи.

    Железорудные материалы, топливо (кокс) и флюсы (известняк и негашеная известь) загружаются в печь в количестве, достаточном для производства чугуна, а воздух, обогащенный кислородом, природным газом, паром и т. Д., Выталкивается вниз. Происходит возгорание, опускается нагретый груз. В результате получается чугун с содержанием углерода 4,0-4,3%.

    Процесс производства стали состоит из таких этапов, как подготовка сырья, плавка, вторичная металлургия и литье. Сырье включает чугун и чушковый чугун, вторичную сталь или железо и ферросплавы. Главное - удалить из горячего металла лишний углерод, кремний, марганец и другие примеси. Основные методы производства стали включают кислородные конвертеры, дуговую электропечь и мартеновские печи.

    Основные кислородные печи обычно используются для производства стали из чугуна.В качестве сырья используется чугун, вторичный металл и порошки (известь, флюорит, железная руда и бокситы).

    Электродуговая печь предназначена для производства высоколегированных, конструкционных и специальных сталей, а также сплавов. Плавильные печи подразделяются на дуговые и индукционные.

    Мартеновская печь используется все реже из-за ее низкого КПД и воздействия на окружающую среду. Процесс происходит в топке пламенной печи (пламенной печи).

    Какой бы метод ни использовался, сталь с резьбой обрабатывают в ковше для достижения желаемого химического состава и температуры.Таким образом, производство стали и литье более рентабельно. Установки, используемые для нагрева, смешивания, рафинирования и изменения химического состава, называются ковшовыми печами.

    Литье - это заключительный этап производства стали, на котором производятся цельные полосы для дальнейшей обработки на прокатных станах. В настоящее время основным методом является непрерывная разливка, на которую приходится около 95% стали, а остальная часть разливается в слитки.

    Машины непрерывного литья заготовок (литейные производства) производят полуфабрикаты, такие как заготовки и квадратные заготовки для производства профилей и фасонных частей, плиты прямоугольного сечения для производства листового металла (толстого и тонкого), круглых или полых заготовок для изготовления труб. , и исходные двутавровые профили для создания двутавровых сечений.Твердый материал из литейного цеха можно подавать непосредственно на стан горячей прокатки, хотя слитки требуют дополнительной горячей прокатки, если они должны быть превращены в полуфабрикаты.

    .

    сталь | Состав, свойства, виды, марки и факты - Технология

    Сталь , железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 процентов (материал с более высоким содержанием углерода называется чугун). Безусловно, наиболее используемый материал для строительства глобальной инфраструктуры и промышленности, он используется для изготовления всего, от швейных игл до автоцистерн. Кроме того, инструменты, необходимые для конструирования и изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали.В качестве индикатора относительной важности этого материала мировое производство нерафинированной стали в 2013 году составило примерно 1,6 миллиарда тонн, в то время как производство следующего по важности конструкционного металла, алюминия, составило примерно 47 миллионов тонн. (Список производства стали по странам см. Ниже в . Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкая стоимость производства, формовки и обработки, богатство двух видов сырья (железная руда и лом) и непревзойденный диапазон механических свойств.

    производство Расплавленная сталь разливается в ковш из электродуговой печи, 1940-е годы. Библиотека Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия (цифровой номер файла: LC-DIG-fsac-1a35062)



    Свойства стали

    Основной металл: железо

    Изучите производство железа и структурные формы, от феррита и аустенита до легированной стали. Железная руда - один из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений - производство стали.Железо в сочетании с углеродом полностью меняет свой характер и становится легированной сталью. Британская энциклопедия, Inc. Смотрите все видео по этой статье


    Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди. Если не брать в расчет крайние случаи, железо в твердом состоянии, как и все металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются на своих границах. Кристалл - это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить как сферы, соприкасающиеся друг с другом.Они расположены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом взаимопроникают друг в друга. В случае железа структуру решетки лучше всего можно проиллюстрировать единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его наличие в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической системе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) системе есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба.Примечательно, что стороны куба с центром на грани или расстояния между соседними сетками в системе с ГЦК примерно на 25 процентов больше, чем в системе с ОЦК; то есть в ГЦК-структуре больше места для удержания посторонних (, т.е. легирующих) атомов в твердом растворе.

    Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912 ° C (1,674 ° F) и от 1,394 ° C (2,541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо, образующееся в ОЦК, также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне.Между 912 ° и 1394 ° C железо имеет мелкую фракцию с ГЦК, которую называют аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.


    Существует также термин «бета железа», который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным свойствам железа. При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

    В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод упрочнения и превращения его в сталь - добавление небольшого количества углерода. Углерод обычно присутствует в твердой стали в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо в форме карбида. Карбид может представлять собой карбид железа (Fe 3 C, известный как цементит) или карбид легирующего элемента, такого как титан.(С другой стороны, в железе серый углерод появляется в виде чешуек или агрегатов графита из-за присутствия кремния, который ингибирует образование карбидов.)

    Эффект углерода лучше всего иллюстрируется железом. диаграмма углеродного равновесия. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. температур, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (где затвердевание завершается). Линия A-B-C указывает, что точки замерзания уменьшаются с увеличением содержания углерода в расплавленном чугуне.(Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, 0,77 процента углерода (показана вертикальными пунктирными линиями на рисунке), начинает затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и становится полностью твердой при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента кристаллы железа находятся в аустенитном состоянии - , т. Е. С распределением ГЦК, и содержат весь углерод в твердом растворе.При дальнейшем охлаждении резкое изменение происходит при температуре около 727 ° C (1341 ° F), поскольку кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластин феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным преобразованием. Перлит имеет алмазно-пирамидальную твердость (DPH) около 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа.Закалочная сталь с низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) дает микроструктуру, состоящую примерно из 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; она мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с содержанием углерода более 0,77 процента, например 1,05 процента, имеет перлит и цементит в своей микроструктуре; он тверже, чем перлит, и может иметь DPH 250.



    Диаграмма равновесия железо-углерод. Британская энциклопедия, Inc.

    .90 000 железа и его соединений Проявление железа В штате

    Железо и его соединения

    Появление железа В свободном состоянии - железные метеориты, причем вместе с никелем, это металлическое ядро ​​Земли. В связке: - магнетит - Fe 3 O 4 - гематит - Fe 2 O 3 - лимонит - Fe 2 O 3. п. H 2 O - пирит - Fe. S 2 - сидерит - Fe. CO 3 Железо чаще всего находится в степени окисления + II и + III, реже - в 0 и + VI.

    Гематит и пирит Гематит Пирит

    Сидерит и лимонит

    Магнетит

    Физические свойства железа Железо и некоторые его соединения (например,Fe 3 O 4) обладают ферромагнитными свойствами. Соединения железа (Fe. Cl 3, Fe. Br 3) используются в качестве катализаторов химических реакций Металл серебристо-белый, мягкий, пластичный, ковкий. Твердое железо в сухом воздухе пассивируется с образованием Fe 3 O 4 и не подвержен коррозии. Во влажном воздухе покрывается желто-красно-коричневой ржавчиной, которая представляет собой смесь гидратированных оксидов железа, гидроксидов и солей железа в степени окисления + II и + III

    .

    Механизм электрохимической коррозии Железо - это сплав, в котором, помимо примесей других металлов, имеется большое количество углерода в виде графита или цементита Fe 3 C. Влажный воздух, который содержит воду и растворенные соединения и, таким образом, представляет собой электролит, имеется большое количество микроэлементов

    Механизм электрохимической коррозии - cd A (-): Fe 2+ + 2 e K (+): 4 H + + O 2 + 4 e- 2 H 2 O (кислая среда) или K (+): 2 H 2 O + O 2 + 4 e- 4 OH- (нейтральная среда) Fe 2+ + 2 OH- Fe (OH) 2 (зеленоватый) 4 Fe (OH) 2 + O 2 + 2 H 2 O 4 Fe (OH) 3 (ржавый)

    Химические свойства железа и его соединений Мелкодисперсное железо обладает пирофорными свойствами, горит до Fe 3 O 4.Fe. Cl 3, - Сера - Fe. S, - Углерод - Fe 3 C - С горячей водой: 200 o C (пар) 3 Fe + 4 H 2 O Fe 3 O 4 + 4 H 2

    Химические свойства железа и его соединений - продолжение Реакции с неокисляющими кислотами (HCl, разбавленная: серная (VI), азотная (V), образуются соли, в которых железо находится + II - Fe + H 2 SO 4 (разбав.) Fe .SO 4 + H 2 - Fe + 2 HCl Fe. Cl 2 + H 2 - Fe + 2 HNO 3 (разбав.) Fe (NO 3) 2 + H 2 Реагирует с холодными окисляющими кислотами (концентрированная серная (VI), азотная (V) - пассиваты железа - охватывает Fe 3 O 4 Реагирует с горячими окисляющими кислотами - железо разлагается окислением до + III - 2 Fe + 6 H 2 SO 4 (конц) Fe 2 (SO 4) 3 + 3 SO 2 + 6 H 2 O

    Химические свойства железа и его соединений - гидроксидов железа cd - получены в реакции двойного обмена, путем осаждения катионов железа из растворимых солей железа в воде щелочными растворами: - Fe 2+ + 2 OH- ↓ Fe (OH) 2 - зеленоватый - Fe 3+ + 3 OH- ↓ Fe (OH) 3 - красно-коричневый - Fe (OH) 2 - легко окисляется до Fe (OH) 3 - 4 Fe (OH) 2 + O 2 + 2 H 2 O 4 Fe (OH) 3 - гидроксиды железа не растворяются до избытка

    оснований

    Основные соединения железа и их свойства 1.Соединения железа на + II являются сильными восстановителями. 2. Гидроксиды железа реагируют с кислотами с образованием водорастворимых солей, за исключением {фторида, сульфида, ортофосфата (V) и карбоната (IV)}. 3. Водорастворимые соли железа подвержены катионному гидролизу, а водные растворы их солей проявляют кислую реакцию. Fe 2+ + 2 H 2 O Fe (OH) 2 + 2 H + Fe 3+ + 3 H 2 O Fe (OH) 3 + 3 H +

    Важнейшие соединения железа и их свойства 1. Оксиды железа - не растворимые в воде с амфотерными свойствами: - Fe.О; Fe 2 O 3; Fe 3 O 4 (Fe. O. Fe 2 O 3), 2. Оксид железа (III) или гидроксид железа (III), конденсированный с гидроксидами или карбонатами щелочных металлов (IV): - без использования окислителей дают соли - железа ( III): Fe 2 O 3 + 2 Na. ОН 2 Na. Fe. O 2 + H 2 O - при участии окислителей дают соли - ферраты (VI) - Fe 2 O 3 + 4 KOH + 3 KNO 3 2 K 2 Fe. O 4 + 3 KNO 2 + 2 H 2 O - катионы Fe. O 42 - имеет фиолетово-красный цвет и является более сильным окислителем, чем манганат (VII).

    Схема превращений железа и его отдельных соединений Степень окисления железа Fe.O 42 - VI окислитель KOH H 2 SO 4 III Fe 2 O 3 восстановитель температуры окислитель Fe (OH) 3 окислитель температуры II Fe. О окислителе Окислитель H 2 SO 4 Fe (OH) 2 0 КОН Fe Fe 2 (SO 4) 3 КОН H 2 SO 4 Fe. SO 4

    .

    Смотрите также