Теоретические основы работы

1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

Применение металлов и сплавов в практике требует знания их свойств. Изменение свойств металлов в связи с составом обусловливается, главным образом, изменением структуры металла. Внутреннее строение (структура) в свою очередь зависит от химического состава материала и методов внешнего воздействия, таких как термическая обработка, пластическая деформация химико-термическая обработка и т.п. Структура металла (сплава) – это порядок расположения видимых под микроскопом фазовых и структурных составляющих. Под структурными составляющими сплава понимают отдельные, структурно обособленные части сплава, имеющие при рассмотрении под микроскопом однообразное строение с присущими им характерными свойствами и особенностями. Структурные составляющие могут состоять из одной, двух или более фаз. Фаза – это однородная по химическому составу, строению, свойствам и агрегатному состоянию часть неоднородной системы (сплава), которая ограничена от других частей поверхностями раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачком. Фазами могут быть чистые металлы, химические соединения, жидкие и твердые растворы с возможными аллотропическими модификациями. Следовательно, однородная жидкость является однофазной системой, механическая смесь двух видов кристаллов – двухфазной, химическое соединение – однофазной.

Диаграмма состояния – это графическое изображение равновесного фазового состояния сплавов данной системы в координатах температура - концентрация компонента. большое значение имеет диаграмма состояния «железо-углерод». Имеются две диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо-цементит, и стабильная, характеризующая превращения в системе железо-графит. Для всех низкоуглеродистых сплавов (сталей) превращения при кристаллизации совершаются в соответствии с метастабильной диаграммой. В высокоуглеродистых сплавах (чугунах) превращения при первичной кристаллизации часто идут по стабильной диаграмме, а при дальнейшем охлаждении в твердом состоянии – по метастабильной диаграмме. Диаграмма состояния «Железо-Цементит» представлена на рис. 1.

Железо и углерод – элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 15390С имеет две модификации - a и g. Модификация Fea существует при температурах до 9110С и от 1392 до 15390С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм при 20-250С. Ферромагнитно до температуры 7680С.

Модификация Feg существует в интервале температур от 911 до 13920С, имеет ГЦК решетку, период которой при 9110С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, в связи с чем при переходе Fea в Feg объем железа уменьшается приблизительно на 1 %. Feg парамагнитно.