Диаграмма Fe-C • • Компоненты и фазы Стабильная и метастабильная диаграммы Основные превращения в сплавах Fe-C Группы сплавов 1
Железо http: //www. pse-mendelejew. de/ • Символ: Fe • Атомный номер: 26 • Атомная масса: 55. 845 • Стандартное состояние: твердое при 298 K • Группа: 8 • Период: 4 • Класс: металл Температура плавления чистого железа 1539 С Температура кипения – 3200 С. Плотность железа – 7. 874 г/см 3. Температура Кюри 770 С. Твердость железа зависит от чистоты металла. Твердость чистого железа по Бринеллю 490 МПа. Предел прочности при растяжении в=300 -350 МПа. Относительное удлинение =40%. Поперечное сужение =70% Железо имеет 4 аллотропические модификации: α-Fe, γ-Fe, δ-Fe, ε-Fe. 2
Углерод • Символ: C • Атомный номер: 6 • Атомная масса: 12. 0107 • Стандартное состояние: твердое при 298 K • Группа: 14 • Период: 2 • Класс: неметалл 8 аллотропических модификаций: графит, алмаз, графен, фуллерен, нанотрубки, астралены, стеклоуглерод, карбин, аморфный углерод. Имеет очень высокую температуру плавления около 3500 С http: //commons. wikimedia. org/wiki/Commons: Robert_ 3 Lavinsky
Графит Химический состав 100%C Кристаллическая решетка гексагональная Цвет Серый, чёрный стальной Плотность 2, 23 г/см³ Связи ковалентные (в слоях) Обладает электрической проводимостью 4
Алмаз Химический состав 100%C Сингония Кубическая Цвет Бесцветный, желтоватый, коричневый, иногда зелёный, синий, красноватый, чёрный Плотность http: //de. wikipedia. org/wiki/Bild: Diamant_gitter. png 3, 47— 3, 55 г/см³ Показатель преломления 2, 417— 2, 419 5
Фуллерен, графен 6
Диаграмма состояния Fe-Fe 3 C • • A 0 – 210 °C: Fe 3 C (ферромагнитный) ® Fe 3 C (парамагнитный); A 1 – 727 °С: эвтектоидное превращение аустенита в феррит + цементит с образованием пластинчатой двухфазной структуры – перлита; A 2 – 768 о. С: ферромагнитный a-Fe ® парамагнитный -Fe; A 3 – 910 o. C: -Fe ® g-Fe, для сплавов это соответствует линии GS; 1147 °С: эвтектическое превращение жидкого раствора Fe с углеродом в аустенит + цементит с образованием структуры ледебурита. Температуры, соответствующие линии SE на диаграмме Fe-Fe 3 C, обозначают также Acm; A 4 – 1392 о. С: g-Fe ® -Fe. Если характерная точка фиксируется при нагреве, к ней добавляется индекс с, а при охлаждении – r. 7
Диаграмма Fe – C (Fe 3 C) 8
Цементит Fe 3 C • Химический состав: 6. 67%С (масс. ) – Fe • Тс = 210°С • НВ ≈ 7500 МПа 9
Феррит – α -Твердый раствор внедрения углерода в α-Fe с ОЦК – решеткой. • Тс = 770 -768°С • НВ ≈ 800 МПа • Пластичен Аустенит γ – твердый раствор внедрения углерода в γ-Fe с ГЦК решеткой. • Термодинамически устойчив при температуре выше 727°С • При резком охлаждении или в легированной стали может сохраняться вплоть до комнатной температуры • Всегда парамагнитен • Пластичен 10
body-centred cubic (ferrite) cubic close-packed (austenite) 11
Стали • сплавы метастабильной диаграммы Fe-Fe 3 C, содержащие от 0. 025% до 2. 06%С, в которых при медленном охлаждении не идет эвтектическое превращение, зато обязательно происходит эвтектоидное, в результате которого образуется перлит. • В зависимости от содержания С стали делят на доэвтектоидные (0. 025 -0. 8%С) , эвтектоидные (0. 8%С) и заэвтектоидные (0. 8 -2. 06%С). 12
Перлит – эвтектоидная смесь кристаллов феррита и цементита, имеющих форму пластин, соотношение между массами фаз 7. 5: 1. Есть в любой стали после медленного охлаждения (отжига). • 727°C-ΔT γs ↔ αp + Fe 3 Ck • 88% α - 12%Fe 3 C • НВ ≈ 2000 МПа • Ферромагнитен • Толщина пластин феррита и цементита (межламельное расстояние) ≈ 0. 5 мкм 13
14
15
16
17
18
19
Структура доэвтектоидной стали • • • 500 X 0. 2%С (Сталь 20) Структурные составляющие : феррит избыточный + перлит • Фазы : феррит и цементит • Избыточный феррит образуется при охлаждении из аустенита в результате полиморфного превращения. 20
Структура заэвтектоидной стали • • • 500 X 1%С (У 10) Структурные составляющие : Цементит вторичный + перлит • Фазы : феррит и цементит • Цементит вторичный выделяется по границам зерен аустенита при охлаждении из-за уменьшения растворимости С в аустените. 21
Структура заэвтектоидной стали Fe-1%C, РЭМ Department of Materials Science and Metallurgy, Univ, of Cambridge 22
Полосчатая структура • Доэвтектоидная сталь (Ст 45) • Условия получения: ликвация углерода в аустените + горячая прокатка • Неустранимый брак 23
Видманштеттова структура • • Barrite, 1982 Возникает при ускоренном охлаждении (литье), когда для уменьшения прироста упругой энергии ферриту выгодно расти не в виде равноосных зерен, а выделяться в форме пластин вдоль определенных кристаллографических плоскостей исходного аустенита. Такая структура обладает повышенной хрупкостью. 24
25
