Тема 5 Сплавы системы железо углерод Лекция

Тема 5. Сплавы системы железо – углерод Лекция 6. Фазовое равновесие в системах железо-алмаз (цементит) и железо-графит

Превращения в железе при нагреве и охлаждении

Диаграмма фазового равновесия Fe-Fe 3 C (Fe-C)

Пространственная решетка графита

Фуллерен – 60 атомов • Обнаружены фуллерены, содержащие 28, 32, 50, 60, 76, 84, 120, 158, 256 атомов

Карбин и лонсдейлит • Карбин - Углеродный полимер с линейной структурой. Может содержать до 2000 атомов. Длина нитей – 50 -250 нм. Плотность – 19003200 кг/м 3 • Лонсдейлит – сравнительно недавно обнаруженная форма углерода. В природе обнаружен в метеоритах. Получен искусственно. Кристаллическая структура до конца не установлена – возможно, что это не одна модификация углерода, а несколько близких друг к другу (как фуллерены)

Определения • - аустенит - твердый раствор углерода в железе с ГЦК-решеткой. Предельная растворимость углерода в -железе - 2, 06 %. • - феррит - твердый раствор углерода и других примесей в -железе с ОЦК-решеткой. Различают низкотемпературный -феррит с растворимостью углерода до 0, 025 % и высокотемпературный -феррит с предельной растворимостью углерода 0, 1 %. • Fe 3 C - цементит - химическое соединение железа с углеродом - карбид железа. В цементите содержится 6, 67 % углерода.

Формирование структуры в метастабильных сплавах системы железо- цементит. Техническое железо и углеродистые стали

Техническое железо Однофазное техническое железо – сплав с содержанием углерода от 0 до 0, 006 %С по массе (например, I на схеме).

Техническое железо Двуфазное техническое железо – сплав с содержанием углерода от 0, 006 до 0, 025 %С по массе (например, II на схеме).

Углеродистые стали – cплавы системы Fe-Fe 3 C с содержанием углерода от 0, 025 до 2, 06 % С (масс. )

Эвтектоидная сталь • содержит 0, 8 %С, масс. ; микроструктура – перлит; перлит – пластинчатый эвтектоид, состоящий из чередующихся пластин цементита и феррита

Доэвтектоидные стали • сплавы с содержанием углерода от 0. 025 до 0, 8 %С по массе; • фазовые составляющие - и Fe 3 C; • структурные составляющие – феррит избыточный и перлит (на фото сверху сталь 20 и сталь У 6)

Заэвтектоидные стали • сплавы с содержанием углерода от 0. 8 до 2, 06 %С по массе; • фазовые составляющие - и Fe 3 C; • структурные составляющие – цементит вторичный и перлит (на фото сталь У 10 - сверху после травления 3% раствором азотной кислоты в спирте, снизу - пикратом натрия )

Формирование структуры в метастабильных сплавах системы железо- цементит. Белые чугуны

Белые чугуны - метастабильные сплавы, содержащие от 2, 06 до 6, 67 %С (по массе). Различают доэвтектические, эвтектический и заэвтектические белые чугуны

Эвтектический белый чугун • В ходе эвтектической реакции образуется смесь ( +Fe 3 C)4, 3%C. Эта эвтектическая смесь называется ледебурит. • В процессе охлаждения доля цементита в ледебурите возрастает, что практически не заметно из-за дисперсности структуры. При эвтектоидной реакции аустенит в составе ледебурита распадается на эвтектоидную смесь ( +Fe 3 C)0, 8%C. Такой ледебурит называют превращенным

Заэвтектический белый чугун При комнатной температуре • Фазовые составляющие: и Fe 3 C • Структурные составляющие: ледебурит превращенный и цементит первичный

Структурообразование в доэвтектическом белом чугуне Т=1147 o. C+ T Т=1147 o. C - T Т=727 o. C + T Т=727 o. C- T и 20 о. С реальная микроструктура

Доэвтектический белый чугун При комнатной температуре • Фазовые составляющие: и Fe 3 C • Структурные составляющие: ледебурит превращенный, цементит вторичный и перлит

Формирование структуры в стабильных сплавах системы железо-графит. Серые и половинчатый чугуны

Крабовидный графит а) мелкочешуйчатый, образуется при быстрой кристаллизации; б) крупночешуйчатый, образуется при медленной кристаллизации

Вид графита на шлифе а) глобулярный и б) пластинчатый графит

Серые чугуны Название: СЧ на ферритной основе Микроструктура Содержание углерода в металлической основе 0<Ссвяз<0, 025 %C, масс Эвтектическая реакция Эвтектоидная реакция Фазовые составляющие Структурные составляющие , Fe 3 C, Гр Феррит, графит

Серые чугуны Содержание углерода в Название: СЧ на ферритометаллической основе перлитной основе 0, 025<Ссвяз<0, 8 %C, масс Микроструктура Эвтектическая реакция Эвтектоидные реакции Фазовые составляющие , Fe 3 C, Гр Структурные составляющие Феррит, перлит, графит

Серые чугуны Название: СЧ на Содержание углерода в металлической основе перлитной основе Ссвяз=0, 8 %C, масс Микроструктура Эвтектическая реакция Эвтектоидная реакция Фазовые составляющие Структурные составляющие , Fe 3 C, Гр перлит, графит

Серые чугуны Название: СЧ на перлитоцементитной основе Микроструктура Не используется, хрупкий Содержание углерода в металлической основе 0, 8<Ссвяз<2, 06 %C, масс Эвтектическая реакция Эвтектоидная реакция Фазовые , Fe 3 C, Гр составляющие Структурные перлит, графит, составляющие цементит вторичный

Половинчатые чугуны Содержание углерода в металлической основе 2, 06<Ссвяз<6, 67 %C, масс Микроструктура Эвтектические реакции Эвтектоидная реакция Фазовые составляющие Структурные составляющие , Fe 3 C, Гр Ледебурит превращенный, перлит, цементит вторичный, графит