Здравствуйте, Посетитель - 373608!

Метастабильная диаграмма "железо - углерод" приведена ниже.



Согласно [1], железо - металл серебристо-белого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 1,27 ангстрема. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее время, содержит 99,999 % Fe. Технические сорта железа содержат 99,8 - 99,9 % Fe. Температура плавления железа 1539 [$186$]C. Известны две полиморфные модификации: [$945$] и [$947$]. Модификация [$945$] существует при температурах ниже 910 [$186$]C и выше 1392 [$186$]C. Для интервала температур 1392 - 1539 [$186$]C [$945$]-железо нередко обозначается как [$948$]-железо.

Кристаллическая решётка [$945$]-железа - объёмноцентрированный куб с периодом решётки 2,8606 ангстрема. До температуры 768 [$186$]C [$945$]-железо магнитно (ферромагнитно). Критическую точку (768 [$186$]C), соответствующую магнитному превращению, т. е. переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное, называют точкой Кюри и обозначают A₂.

Магнитные свойства железа сильно зависят от его чистоты и режимов термической обработки. Для технического железа максимальная магнитная проницаемость [$956$]_max = 5000 - 10000 Гс/Э и коэрцитивная сила H_c [$8776$] 0,5 - 1 Э; для железа с 99,99 % Fe [$956$]_max = 28000 Гс/Э и коэрцитивная сила H_c [$8776$] 0,025 Э. Плотность железа 7,68 г/см³. Температурный коэффициент линейного расширения железа 11,7 [$183$] 10^-6 [$186$]C^-1, удельное электрососпротивление [$8776$] 10 [$183$] 10^-6 Ом [$183$] см и коэффициент теплопроводности 0,20 кал/(с [$183$] см [$183$] [$186$]C). При температуре 910 - 1392 [$186$]C существует [$947$]-железо; оно парамагнитно. Критическую точку [$945$] [$8596$] [$947$]-превращения обозначают соответственно A_c3 (при нагреве) и A_r3 (при охлаждении). Критическую точку перехода [$945$] [$8596$] [$947$]-превращения железа при 1392 [$186$]C обозначают A_c4 (при нагреве) и A_r4 (при охлаждении).

Кристаллическая решётка [$947$]-железа - гранецентрированный куб с периодом 3,645 ангстрема при температуре 910 [$186$]C. Плотность [$947$]-железа (полученная экстраполированием при 20 [$186$]C) выше, чем [$945$]-железа и равна 8,0 - 8,1 г/см³. При превращении [$945$] [$8594$] [$947$] происходит сжатие. Объёмный эффект сжатия составляет примерно 1,0 %.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом - карбид железа Fe₃C. В цементите содержится 6,67 % углерода. Цементит имеет сложную ромбическую решётку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена в связи с возможностью его распада и принимается примерно равной 1550 (по новым данным 1250) [$186$]C. До температуры 210 [$186$]C (точка A₀) цементит ферромагнитен. К характерным особенностям цементита относятся высокая твёрдость (HV 800 - 850) и очень малая пластичность. Цементит является метастабильной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.

В зависимости от условий образования различают цементит первичный, который образуется при кристаллизации заэвтектических чугунов (ниже линии CD); цементит вторичный, который образуется у заэвтектоидных сплавов при охлаждении аустенита в результате изменения растворимости углерода в аустените (ниже линии ES в интервале температур от 1147 [$186$]C до 727 [$186$]C); цементит третичный, который образуется у сплавов с содержанием углерода 0,01 - 0,025 % при охлаждении феррита в результате изменения растворимости углерода в феррите (линия PQ) ниже температуры 727 [$186$]C,

Графит - модификация углерода с гексагональной слоистой кристаллической решёткой. Межатомные расстояния в решётке составляют 1,42 ангстрема, расстояние между плоскостями 3,40 ангстрема. Графит мягок и обладает низкой прочностью.

Рассмотрим фазовые превращения при охлаждении сплава с 2,5 % углерода.



От точки a, соответствующей температуре 1500 [$186$]C, до точки b начала кристаллизации, соответствующей температуре [$8776$] 1365 [$186$]C, сплав содержит жидкую фазу, содержащую 2,5 % углерода (остальное - железо). По мере понижения температуры до эвтектической (1147 [$186$]C) состав жидкой фазы соответствует точкам на линии BC, а состав аустенита - точкам на линии JE.

При температуре эвтектики (точка c на линии ECF) существует нонвариантное равновесие аустенита состава точки E (A_E), цементита (Fe₃C) и жидкой фазы состава точки C (Ж_С). В результате кристаллизации жидкого сплава состава точки C образуется эвтектика ледебурит, состоящая в момент образования из аустенита состава точки E (2,14 % углерода) и цементита (6,67 % углерода).

На кривой охлаждения при кристаллизации эвтектики отмечается площадка. Следовательно, сплав после затвердевания (немного ниже точки c) имеет структуру аустенит + ледебурит. Фазовый состав сплава после затвердевания - аустенит и цементит.

При дальнейшем понижении температуры вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SE) происходит частичный распад аустенита: как первичных его кристаллов, выделившихся из жидкости, так и аустенита, входящего в ледебурит. Этот распад заключается в выделении кристаллов вторичного цементита и в уменьшении в связи с этим содержания углерода в аустените в соответствии с линией SE. Поэтому в точке d, соответствующей температуре 1000 [$186$]C, его состав определится точкой e ([$8776$] 1,6 % углерода).

Количество аустенита в сплаве при 1000 [$186$]C

количество цементита в сплаве при 1000 [$186$]C


По достижении температуры 727 [$186$]C (линия PSK) аустенит, обеднённый углеродом до эвтектоидного состава (0,8 % углерода), превращается в перлит. Поэтому после окончательного охлаждения, в том числе при комнатной температуре, рассматриваемый сплав имеет структуру: перлит, ледебурит (перлит + цементит) и вторичный цементит. Фазовый состав: феррит и цементит.

Литература
1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.

С уважением.