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:
Забиваем Сайты В ТОП КУВАЛДОЙ - Уникальные возможности от SeoHammer
Каждая ссылка анализируется по трем пакетам оценки: SEO, Трафик и SMM.
SeoHammer делает продвижение сайта прозрачным и простым занятием.
Ссылки, вечные ссылки, статьи, упоминания, пресс-релизы - используйте по максимуму потенциал SeoHammer для продвижения вашего сайта.
Что умеет делать SeoHammer
— Продвижение в один клик, интеллектуальный подбор запросов, покупка самых лучших ссылок с высокой степенью качества у лучших бирж ссылок.
— Регулярная проверка качества ссылок по более чем 100 показателям и ежедневный пересчет показателей качества проекта.
— Все известные форматы ссылок: арендные ссылки, вечные ссылки, публикации (упоминания, мнения, отзывы, статьи, пресс-релизы).
— SeoHammer покажет, где рост или падение, а также запросы, на которые нужно обратить внимание.
SeoHammer еще предоставляет технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз,
а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней.
Зарегистрироваться и Начать продвижение
 = 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 ─ 4 9 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.
Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
Попробуйте сервис онлайн-записи VisitTime на основе вашего собственного Telegram-бота:
— Разгрузит мастера, специалиста или компанию;
— Позволит гибко управлять расписанием и загрузкой;
— Разошлет оповещения о новых услугах или акциях;
— Позволит принять оплату на карту/кошелек/счет;
— Позволит записываться на групповые и персональные посещения;
— Поможет получить от клиента отзывы о визите к вам;
— Включает в себя сервис чаевых.
Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
Зарегистрироваться в сервисе
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:
обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности.
Пояснения к определению механических свойств.
Данный вопрос рассматривался по дисциплине сопротивление материалов:
Предел прочности
:
=Pмах
/F0
(Н/мм2
)
Предел текучести
:
= Pt
/F0
(Н/мм2
)
F0
─ начальная площадь сечения образца (берут F0
, т. к. в течении опыта в процессе деформации сечения изменяется).
Относительное удлинение:
= 
Относительное сужение:
Y = 
Твердость (НВ,
HRC
,
HV
)─ сопротивление металла небольшим пластическим деформациям.
Рисунок 6. Кристаллическая решетка цементита
Цементит (Ц)
─ химическое соединение железа с углеродом ─ карбид железа Fe3
C. В цементите содержится 6,67% С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов (рис. 6). Температура плавления цементита ─ 1250º С. Магнитные свойства цементит теряет при 217ºС. Имеет высокую твердость: > 800НВ
, но очень низкую, нулевую пластичность. Цементит ─ соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.
4. Структурные составляющие в железоуглеродистых сплавах
Перлит (П)
─ механическая смесь двух фаз, образующихся из аустенита содержащего 0,81% С ниже температуры 727 ºС в результате эвтектоидного превращения:
 А0,81 % С
Ф0,025 % С
+ Ц6,67 % С
Перлит (эвтектоид)
Перлит (на поверхности полированного и протравленного микрошлифа) имеет перламутровый цвет, переливается всеми цветами. Перлит содержит 0,81% С. Структура перлита состоит из чередующихся пластинок Ц и Ф.
Рисунок 7. Микроструктура перлита
Специальной обработкой (термической) может быть получен зернистый перлит. Перлит встречается в сталях и чугунах.
Ледебурит
─ механическая смесь двух фаз: аустенита и цементита, образующихся в результате эвтектического превращения жидкой фазы содержащей 4,32% С при 1147º С:
 Ж4,32 % С
А2,14 % С
+ Ц(Fe3
C)6.37 % С
Ледебурит (эвтектика)
Рисунок 8. Микроструктура ледебурита (сразу после эвтектического превращения)
Ниже 727º С аустенит входящий в ледебурит испытывает эвтектоидное превращение, т.е. превращается в перлит.
Таким образом, в интервале температур:
1147º С – 727º С ─ Л (А+Ц);
727º С – tкомн
º С ─ Л (П+Ц).
Ледебурит назван в честь немецкого ученного ─ Ледебура.
Литература
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.
2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.
3. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.
|
