Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Железо − металл сероватого цвета, плотность 7,86 г / см³. Температура плавления − 1539 °С. Чистое лабораторное железо содержит не более 10^-4 % примесей, технически чистое железо − 0,15 % примесей.

Полиморфизм − свойство вещества или материла изменять свою кристаллическую решетку при изменении температуры.

Железо имеет три полиморфные модификации α, γ и δ.

Модификация α существует при температурах ниже 911 °С. Кристаллическая решетка Fe_α – объемно-центрированный куб (ОЦК) с периодом решетки 0,28606 нм. Плотность Fe_α 7,68 мг/м³.

Вторая модификация Fe_γ существует при температуре 911-1392 °С. Кристаллическая решетка − гранецентрированная кубическая (ГЦК) с периодом 0,3645 нм.

В интервале 1392-1539 °С существует третья модификация − Fe_δ с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК) с периодом решетки 0,293 нм.

Кристаллические формы Fe_α и Fe_γ существуют при нормальном атмосферном давлении. Появление третьей Fe_δ возможно лишь при действии значительных давлений и повышенных температур.

Углерод − неметаллический элемент II периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 мг/м³, температура плавления 3500 °С, атомный радиус 0,077 нм. Углерод, как и железо, обладает полиморфизмом. В обычных условиях он находится в виде модификации графита с гексагональной слоистой решеткой. Модификацию углерода в виде алмаза при обычных температурах и давлениях получить невозможно.

В системе железо-углерод различают следующие фазы:

− жидкий расплав;

− твердые растворы: α -феррит, β -феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит (Ф) − твердый раствор углерода и других примесей в ОЦК-решетке железа. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,031 нм, а также в дефектах кристаллической решетки. Предельная растворимость углерода в Fe_α − 0,02 % при температуре 727 ^оС и менее 0,01 % при комнатной температуре, растворимость Fe_δ − 0,1 %. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических (многогранных) зерен. Твердость и прочность феррита невысоки (σ_в=250 МПа, НВ 800 МПа).

Аустенит (А) − твердый раствор углерода и других примесей в Fe_γ. Атом углерода располагается в центре куба, где может размещаться сфера радиусом 0,051 нм, и в дефектных областях кристалла. Предельная растворимость углерода в Fe_γ составляет 2,14 % при температуре 1147 ^оС и 0,8 % при 727 ^оС.

Цементит (Ц) − химическое соединение железа с углеродом − карбид железа Fe₃C, содержащий 6,67 % С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена (≈ 1260 °С). Цементит имеет высокую твердость (НВ 8000 МПа) и очень малую пластичность (δ ≈ 0 %).

Графит (Г) имеет гексагональную слоистую кристаллическую решетку.

Межатомные расстояния в слоях небольшие (0,142 нм), расстояние между плоскостями − 0,340 нм. Графит мягок, обладает низкой прочностью.

Поиск по сайту: