Строение и свойства компонентов, фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Строение и свойства компонентов, фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов»

Алчевск 2009

1. Железоуглеродистые сплавы

Железоуглеродистые сплавы ─ стали и чугуны ─ важнейшие металлические сплавы (93% всех конструкционных материалов) максимальное содержание углерода в сплавах – 6,67%

В настоящее время на смену сталям идут другие сплавы: Ti, Al, Ni, Mg-вые и неметаллические материалы.

Стали – это сплавы Fe–C с содержанием углерода от 0,025 до 2,14%.

Чугун – сплавы Fe–C с содержанием углерода от 2,14 до 6,67%.

Стали и чугуны ─ многокомпонентные сплавы, но основной элемент это углерод.

Д.К. Чернов дал первое представление о диаграмме Fe – C.

2. Компоненты железоуглеродистых сплавов

Железо ( Fe ): №26 (Периодическая система элементов Д.И. Менделеева), атомная масса 55,58

атомный радиус 0,127 нм

Чистое железо (химически чистое ) содержит 99,999% Fe. Технически чистое железо содержит 99,8 – 99,9% Fe

О чистоте железа судят по многим факторам (содержание% С, цветных металлов, других примесей). Температура плавления железа 1539º С. Известно три модификации железа: (─ Fe, ─ Fe, ─ Fe).

Собственно железо ─ имеет одно кристаллическое строение; ─ высокотемпературная модификация, существует в интервале 1392─1539ºС; ― низкотемпературная модификация, существует ниже 911ºС; ─ существует в интервале 911 ─ 1392ºС

Устойчивость определенной фазы диктуется более низкой свободной энергией. ─ Fe имеет ОЦК решетку; ─ Fe имеет ОЦК решетку; ─ Fe имеет ГЦК решетку.

Рисунок 1. Связь свободной энергии с типом кристаллической решетки железа

-Fe ─период решетки 2,8606; до температуры 768ºС ─ ферромагнитно (магнитного). Точка перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние называют точкой Кюри (обозначают А₂ ).

Плотность железа: = 7,68 г./см³ . Структура и ─ Fe:

-Fe ─парамагнитно. Зерна -Fe имеют ограненные края с наличием двойников:

= 8,0–8,1 г/см³

Точка перехода в -Fe (I полиморфное превращение) обозначается А₃ =911ºС.

Точка перехода в -Fe (II полиморфное превращение) обозначается А₄ =1392ºС.

Рисунок 2. Кривая охлаждения чистого железа

В железе существует металлический (межатомный) тип связи. Железо является переходным металлом (не достроенная S– оболочка, достраивается d– оболочка).

Углерод (С) имеет две модификации: графит и алмаз и может быть в аморфном состоянии. Является неметаллическим (точнее полуметаллическим) материалом. Атомный номер N= 6, плотность = 2,5 г/см³ , атомная масса 12,011, температура плавления 3500º С, атомный радиус 0,77. Графит ─ имеет слоистую гексагональную решетку. Межатомное расстояние небольшое и составляет 1,4; расстояние между плоскостями 3,4. В слоях действуют сильные ковалентные связи, а между слоями слабые силы Ван дер Ваальса. (В ковалентной связи силы равняются 700 кДж/г-атом. В силах Ван дер Ваальса ─ 49 кДж/г-атом).

Рисунок 3. Силы связи в кристаллической решетке углерода

Графит – мягок, обладает высокой электропроводностью, непрозрачен и имеет металлический блеск. В алмазной модификации – существуют только ковалентные связи. Алмаз – самый твердый материал, по нему сравнивают другие элементы и твердые сплавы (в г. Алмазное производят углеродистую сажу).

3. Фазы в железоуглеродистых сплавах

В системе Fe─C различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы внедрения, химическое соединения, чистые компоненты (графит).

Твердые растворы:

Феррит (Ф) ─ различают ─ Ф и ─ Ф

─ Ф ─ твердый раствор внедрения углерода в ─ Fe (высокотемпературном). Предельная растворимость углерода 0,1%.

─ Ф ─ твердый раствор внедрения углерода в ─ Fe (низкотемпературном). Предельная растворимость углерода 0,025% при температуре 727º С. При комнатной температуре феррит растворяет только 0,006% С.

Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29R (радиуса атома железа), а также в вакансиях, и дислокациях и т.д.

Рисунок 4. Внедрение атома углерода в решетку феррита

Аустенит (А) ─ твердый раствор внедрения углерода в ─ Fe. Предельная растворимость углерода ─ 2,14% при температуре 1147º С. Атом углерода в решетке ─ Fe располагается в центре элементарной ячейки в которой может поместиться сфера радиусом 0,41R. ГЦК решетка может растворить углерода больше, чем ОЦК.

Рисунок 5. Внедрение атома углерода в решетку аустенита

Механические свойства.

Феррит:

=250 н/мм² (МПа)

= 120 н/мм² (МПа)

=50%, = 80%

НВ 80–90

Аустенит: обл

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать