Властивості заліза.Явище поліморфізму та його застосування в техніці.

При нормальній температурі залізо має о. ц. к. решітку. Ця модифікація заліза називається α-залізом (Fе.). При темпе­ратурі 768°С α-залізо втрачає магнітні властивості. Це не пов’язано з перебудовою атомів у кристалічній ре­шітці, тобто решітка о. ц. к. при цьому зберігається. Щоб відрізнити магнітне α-залізо, немагнітне іноді називають β-залізом . При температурі 911° С α (β)-залізо перетворюється на γ-залі­зо (Fе_т) з г. ц. к. решіткою. Вище 1392°С г. ц. к. решітка знову перетво­рюється на о. ц. к. Цю модифікацію, на відміну від низькотемпературної о. ц. к. решітки, називають δ-залізом.

При температурі 1539° С залізо пла­виться.

У матеріалознавстві надзвичайно важливі явища поліморфізму. Саме завдяки цим переходам здійснюється термообробка матеріалів на основі заліза. Без цього явища залізо як основа сталі і багатьох інших матеріалів неь отримало б такого широкого розповсюдження.

Взаємодія заліза з вуглецем.

Вуглець — це неметалевий елемент з температурою плав­лення 3500° С. Із залізом він утворює тверді розчини або хімічні сполуки, а в певних умовах може виділятись у вигляді графіту.

Гранична розчинність вуглецю в а-залізі при нормальній тем­пературі не перевищує 0,006%. Такий розчин є практично чистим, залізом. Називають його феритом (Ф). Міцність фериту 250 -300 Мн/м² (25—30 кГ/мм²), твердість НВ 90—100 і відносне здовження З0 - 40 %.

Твердий розчин вуглецю в γ-залізі називається аустені­том (А). Розчинність вуглецю в аустеніті з підвищенням темпе­ратури збільшується від 0,8 (727° С) до 2,14% (1147° С). Аустеніт немагнітний і має підвищену порівняно з феритом пластичність.

Залізо з вуглецем утворює кілька хімічних сполук. З них практичне значення має карбід С, який містить 6,67% С. Цей карбід називають цементитом (Ц). Цементит досить твердий (НВ > 800), проте крихкий, температура плавлення його близько 1600° С.

Отже, фазами в залізовуглецевих сплавах можуть бути ферит, аустеніт, цементит і графіт.

Навчальне питання 4. Діаграма стану залізо-вуглець. Фази i структурні складові.

Діаграму стану залізовуглецевих сплавів (спрощену) будують у межах концентрації вуглецю від 0 до 6,67%, тобто до утворення першої хімічної сполуки — карбіду заліза Fe3C (рис. 11). Тому компонентами залізовуглецевих сплавів можна вважати залізо (ферит) і цементит, а діаграму стану цих сплавів називати діаграмою залізо — цементит (Fe — Fe3C).

Сплави заліза із вмістом вуглецю до 4,3% починають затвердівати на відрізку АС лінії ліквідує, виділяючи кристали твердого розчину — аустеніту, а з вмістом вуглецю, більшим за 4,3%,— на відрізку CD лінії ліквідує, виділяючи кристали цементиту. Остаточно сплави затвердівають на лінії солідус AECF.

Відразу ж після твердіння сплави, розташовані ліворуч від точки Е (2,11 % С), є однорідними і складаються із зерен аустеніту, а ті, що містяться праворуч від точки Е, становлять механічну суміш із зерен аустеніту і цементиту. При цьому в сплаві 4,3% вуглецю (точка С) утворюється однорідна евтектична суміш, яку називають ледебуритом (Л).

Отже, точка Е поділяє діаграму стану залізовуглецевих сплавів на дві частини. Сплави ліворуч від цієї точки затвердівають відповідно до лінії АЕ і після твердіння мають однорідну структуру, що складається з зерен аустеніту. Ці сплави називають сталями. Внаслідок однорідності сталі мають високу пластичність, яка дає змогу обробляти їх тиском (куванням, прокатуванням).

У сплавах, розташованих на діаграмі праворуч від точки Е, кристалізація закінчується при сталій температурі 1147 °С (лінія ECF) з утворенням евтектики — ледебуриту. Ці сплави називають чавунами. Наявність крихкої і легкоплавкої евтектики перешкоджає обробці чавунів тиском, проте поліпшує їх ливарні властивості.

Остаточна структура сталей і чавунів, яка спостерігається при нормальній температурі, зумовлюється перетвореннями в твердому стані, які відбуваються при температурах, що відповідають лініям GS, SE і PSK діаграми стану залізо — вуглець.

Рис. 11. Діаграма стану залізо — вуглець.

Навчальне питання 5. Класифікація сплавів у залежності від умісту вуглецю.Вплив вуглецю на структуру i властивості залізовуглецевих сплавів.

Діаграма стану залізо — вуглець.