Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Современную промышленность тяжело представить без применения разного вида сплавов металла, также и стальных. Разработкой их составов занимаются ученые – металлурги в различных государствах, однако для прогнозирования параметров будущих сплавов, подавляющая часть мастеров руководствуется диаграммой железо – углерод. Она даёт хорошее представление про то, как устроено большинство сплавов из стали и чугунов.

Диаграмма имеет в себе определенное количество линий и критичных точек, обозначающих состояние расплава при определенном нагреве.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Разные конфигурации таких элементов приводят к получению немалого количества сплавов, которые можно поделить на три обширные группы:

К техническому железу относят материалы, в которых содержится менее 0,02% углерода. К сталям относят, материалы, в которых углерод находится в границах от 0,02 до 2,14%. И в группу чугунов входят материалы, кол-во углерода в которых превосходит 2,14%.

Элементы в системе железо углерод

Аустенит

Атомы располагается в гранецентрированной ячейке. Твердость аустенита имеет твердость 200 … 250 единиц по Бринеллю. Стоит еще сказать что у него высокая эластичность и он выделяется парамагнитностью.

Железо – это материал, относящийся к металлам. Его настоящий цвет – серебристо-серый. В чистом виде он очень пластичный. Его удельный вес составляет 7,86 г/куб. см. Температура плавления составляет 1539 °C. В работе очень часто используют техническое железо, у которого в составе присутствуют следующие примеси – марганец, кремний и остальные. Глобальная доля примесей не превышает 0,1%.

У железа есть это свойство как полиформизм. Другими словами, при одном и том же химическом составе, это вещество может иметь самую разную структуру кристаллической решётки и поэтому разнообразные свойства. Вариации железа называют исходя из этого – Б, Г, Д. Эти все вариации есть при самых разнообразных условиях. К примеру, вид Б, может существовать исключительно при температуре 911 °С. Вид Г может существовать в диапазоне от 911 до 1392 °С. Вид Д есть в диапазоне от 1392 до 1539 °С.

Любой из типов обладает собственной формой кристаллической решёткой, допустим, у типа Б решётка собой представляет куб, решётка типа Г имеет гранецентрированную кубическую форму. Решётка типа Д, имеет форму объемно центрированного куба.

Еще одно свойство заключается в том, что при температуре меньше 768 железо ферримагнитно, а при ее повышении данное свойство теряется.

Точки полиморфной и магнитной трансформации называют критическими. На таблице они обозначены так – А2, А3, А4. Цифровые индексы показывают вид трансформации. Для более полного различия превращения железа из одного вида в другой к обозначению добавляют индексы с и r. Первый говорит о нагреве, второй об охлаждении.

Полиморфные вариации железа

При высоких параметрах пластичности, железо не обладает большой твердостью, по шкале Бринелля она равна 80 единиц.

Железо имеет возможность образовывать твёрдые растворы. Их можно поделить на две группы – раствор замещения и внедрения. Первые состоят их железа и остальных металлов, вторые из железа и углерода, водорода и азота.

Другой элемент системы – углерод. Это – неметалл и он обладает тремя модификациями в виде алмаза, графита и угля. Он плавится при 3500 °С.

Аллотропные вариации углерода

В сплаве железа, такой элемент находится в виде твёрдого раствора, называют его цементит либо в виде графита. В таком виде он находится в сером чугуне. Графит, не выделяется ни пластичностью, ни прочностью.

Доля углерода составляет 6,67%. Он обладает большой твердостью – 800 НВ, однако при этом у него отсутствует эластичность. Полиморфными качествами не обладает.

Он обладает следующим свойством – при формировании раствора замещения, углерод может быть заменен на атомы иных веществ, к примеру, на хром или никель. Раствор такого типа стал называться легированного раствора.

Он не обладает стойкостью, если есть наличие отдельных условий он может разлагаться, при этом происходит трансформация углерода в графит. Данное свойство нашло использование при образовании чугунов.

Кстати, в жидком состоянии, железо может растворять в себе примеси, при этом организуя, равномерная масса.

Так называют твёрдый раствор, при котором происходит внедрение углерода в железо.

Он растворяется с конкретной переменностью, при нормальной (комнатной) температуре объем углерода лежит в границах 0,006%, при 727 °С, то концентрация углерода будет составлять 0,02%. По достижении 1392 °С образуется феррит.

Содержание углерода будет составлять 0,1%. Его атомы располагаются в дефектных узлах решётки.

Феррит по собственным показателям близок к железу.

Аустенит в сталях

Наличие аустенита в стальных сплавах придаёт им некоторые свойства. Детали и узлы, изготовленные из аналогичных сталей, предназначены для работы в средах, содержащие агрессивные элементы, к примеру, на фирмах, перерабатывающих разнообразные кислоты.

Стали данного класса отличительны большим уровнем легирования, во время кристаллизации сформировывается гранецентрированная решётка. Такая структура не склонна изменению даже под влиянием глубокого холода.

Стали данного типа можно поделить на 2 типа выделяющиеся один от одного составом. В первые, содержатся подобные вещества как железо, никель, хром. При этом общее кол-во добавок не может быть больше 55%. Ко второй группе относят никелевые и железоникелевые композиции. В никелевых композициях, его содержание превосходит 55%. В железоникелевых составах соотношение никеля и железа составляет 1:5, а кол-во никеля стартует от 65%.

Подобное количество никеля обеспечивает очень высокую эластичность, а хром, со своей стороны обеспечивает высокую устойчивость к коррозии и жаропрочность. Использование иных легирующих материалов позволяет выплавлять сплавы с уникальными рабочими качествами. Металлурги, создавая рецептуру сплавов, руководствуются будущим назначением сталей.

Для получения легированный сталей используют ферритизаторы, которые придают постоянство аустенитам, к подобным веществам относят ниобий, кремний и некоторые прочие. Помимо них используют углерод, марганец – их называют аустенизаторами.

Цементит: формы существования

Так называют соединение углерода и железа. Это элемент чугуна и отдельных сталей. В него входит 6,67% углерода.

В его кристалл входит несколько октаэдров, они размещены друг в отношении к другу с определенным углом. В середине любого из них размещен атом углерода. В результате такого построения выходит следующая картина – один атом вступает в связь с несколькими атомами железа, а железо со своей стороны связано с тремя атомами данного компонента.

Кристаллическая решётка цементита

У данного вещества есть все свойства, которые характерны металлам – проводимость электричества, своеобразным блеском, большая проводимость тепла. Другими словами, смесь железа и углерода, ведет себя как металл. Данный материал обладает конкретной хрупкостью. Подавляющая часть его параметров определена сложным строением кристаллической решётки.

Данный материал плавится при 1600 градусах Цельсия. Но на данный счет есть несколько мнений, одни экспериментаторы полагают, что его температура плавления находится в диапазоне от 1200 до 1450, прочие формируют, что верхний уровень равён 1300 °С.

Первичный цементит

Металлурги делят три типа данного вещества – первичный, вторичный, третичный.

Первичный, выходит из жидкости при закалке сплавов, которые в себе содержат 5,5% углерода. Первичный имеет форму в виде больших пластин.

Такой элемент выходит из аустенита при охлаждении последнего. На диаграмме данный процесс данный процесс можно видеть по диаграмме Fe – C. Цементит предоставлен в виде сетки, размещенной по границам зерен.

Данный тип, считается производным от феррита. Он имеет форму иголок.

В металлургической сфере есть и иные формы цементита, к примеру, цементит Стеда и др.

Прочие структурные составляющие в системе железо углерод

Перлитовый песок – это механическая смесь, состоящая из феррита и цементита. Ледебурит собой представляет переменный раствор.

При температуре от 1130 и до 723 °С в его состав входят аустенит и цементит. При более малых температурах он состоит из аустенит заменяет феррит.

Ледебурит в сталях

Стали, в основании которых лежит ледебурит относят к легированным. В процессе кристаллизации происходит образование ледебурита. На диаграмме состояния железо углерод данный процесс указан в точке Е, которая расположилась на линии Fe – Fe3C.

Применение подобных элементов, как хром, вольфрам и остальных, приводят к появлению подобных сплавов как Р6М5. Эту сталь и ее аналоги используют во время изготовления инструментов, к примеру, металлорежущих.

Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо углерод

На диаграмме железо углерод отмечено определенное количество точек, именуемых критичными. Каждая точка в себе несет информацию о температуре, долевом содержании углерода и описанием того, что именно происходит здесь.

Есть всего 14 данных критичных точек.

К примеру, А, говорит про то, что при температуре 1539 °С и при нулевом содержании углерода происходит плавление чистого железа. D говорит про то, что при температуре 1260 возможно плавление Fe3c.

Точки размещены на пересечении линий, расположенных на диаграмме.

Значение линий диаграммы состояния системы железо углерод

Каждая линия, разместившаяся на диаграмме, также в себе несет смысловую нагрузку. К примеру, линия PQ показывает выделение третичного цементита из феррита.

Все расшифровки значений точек и линий обязательно есть в приложениях к диаграмме состояния углерод железо.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.