Shema željeza i ugljika. Dijagram stanja sustava željeza i ugljika

Teško je zamisliti modernu konstrukciju, strojeve, inženjering i druge važne industrije bez upotrebe glavnih legura metala od čelika i lijevanog željeza. Njihova proizvodnja premašuje svih drugih desetaka puta.

Ako uzmemo u obzir čelika i lijevanog željeza u smislu znanosti, kao što su metalografija, središnja figura pojavljuje fazni dijagram željezo-ugljik, koji pruža detaljan prikaz sastava i strukturnih transformacija u tim materijalima. Također se upoznaju sa svojom faznom sastavu.

Povijest otkrića

Prvi put da je u legurama (čelika i željeza) imaju određene (specifične) točku, imaju veliku metalurg i izumitelj - Dmitrij Chernov (1868). Bio je to koji je napravio važan otkriće o polimorfnim transformacijama i jedan je od stvoritelja dijagrama stanja željeza i ugljika. Prema Chernovu, položaj ovih točaka na dijagramu izravno ovisi o postotku ugljika.

I ono što je najzanimljivije, od trenutka ovog otkrića počinje zanemariti takva znanost kao metalografija.

Dijagram legura željeza s ugljikom rezultat je mukotrpnog rada znanstvenika iz nekoliko zemalja svijeta. Sve alfabetske oznake glavnih točaka i faza u dijagramu su međunarodne.

Koncept dijagrama

Grafički prikaz procesa koji se javljaju u leguri kada se mijenja temperaturni režim, koncentracija tvari, tlak, naziva se dijagram stanja. Omogućuje vam da vizualno i vizualno vidite sve transformacije koje se javljaju u legurama.

Elementi dijagrama željeza-ugljika

Kratke informacije o svakom od ovih elemenata.

Željezo je srebrno sivi metal. Specifična težina - 7, 86 g / cm3. Ima talište od 1539 ° C.

Kada željezni i drugi metali reagiraju, formiraju se spojevi, nazvane supstitucijskim otopinama. Ako s nekmetalima, na primjer, s ugljikom ili vodikom, tada - otopine implantacije.

Željezo ima sposobnost, da je u početku čvrsto, da bude u nekoliko država, koja se u metalnoj znanosti obično naziva "alfa" i "gama". Ta se kvaliteta zove polimorfizam. O ovom kasnije u članku.

Carbon je nemetal. Ako se pojavi kao grafit, točka taljenja je 3500 ° C. Ako je i dijamant 5000 ° C. Gustoća ugljika je 2,5 g / cm³. Također ima polimorfna svojstva.

U legurama od željeza i ugljena, ovaj element tvori čvrstu otopinu, u sastavu koji ima ferrum, nazvan cementit (Fe₃C). Također oblikuje grafit u lijevano željezo.

Shema željeza-ugljik legure

Kao rezultat interakcije konstitutivnih dijagrama, dobiva se cementit - kemijski spoj.

U pravilu, kada proučavaju dijagram metalnih studenata, sve stabilne veze smatraju se sastavnim dijelovima, a sama grafička slika ispituje se u dijelovima.

Također u klasi, krivulja hlađenja je prikazana na dijagramu željezo-ugljik: odabire se postotak ugljika, a zatim je potrebno odrediti koja faza odgovara temperaturi u dijagramu.

Da biste to učinili, pored samog dijagrama nacrtajte koordinatni sustav (vrijeme temperature). I počevši od maksimalnih stupnjeva, pomaknite se postupno prema dolje, prikazujući krivulju i dijelove prijelaza jedne faze u drugu. U tom slučaju potrebno ih je nazvati i označiti vrstu kristalne rešetke.

Zatim, razmotrimo detaljnije grafički prikaz dijagrama stanja željeza i ugljika.

Prvo, ima dva oblika (dijelovi):

• željezo cementita;
• željeza grafit.

Drugo, legure, u kojima su glavni "glumci" ferrum i ugljik, konvencionalno su podijeljeni na:

• čelika;
• bacanje glačala.

Ako je ugljik u leguri manji ili jednak 2,14% (točka E u dijagramu), to je čelik ako je više od 2,14% od lijevanog željeza. Zbog toga je dijagram podijeljen u dvije faze.

Polimorfne transformacije

Više o svakoj fazi malo kasnije u članku. I ukratko, provedba glavnih transformacija događa se na specifičnim temperaturama.

Stanje željeza označeno je kao alfa - ferrum (pri temperaturi manjoj od 911 ° C). Kristalna rešetka je volumen okrenut licem prema središnjoj kocki. Ili BCC. Udaljenost između atoma takve rešetke je prilično visoka.

Željezo dobiva gama modifikaciju, tj. Označava se kao gama-ferrum (911-1392 ° C). Kristalna rešetka je kocka usmjerena na lice (fcc). U ovoj rešetki udaljenost između atoma je niža nego u BCC.

U prijelazu alfa - ferrum in gama - ferrum, volumen tvari postaje manji. Razlog tome je kristalna rešetka - njen oblik. Budući da fcc rešetka ima više naredio stanje atoma nego BCC.

Ako je prijelaz u suprotnom smjeru - od gama - ferrum u Zagrebu alfa-ferrum, povećava se volumen legure.

Kad temperatura dosegne 1392 ° C (ali manje od tališta željeza 1539 ° C), tada alfa - ferrum se pretvara u delta - ferrum, ali to nije njen novi oblik, ali samo neka vrsta. Osim toga delta - ferrum je nestabilna struktura.

Svojstva tehnički čistog željeza

Magnetska svojstva željeza na različitim temperaturama:

• manje od 768 ° C - feromagnetski;
• više od 768 ° C - paramagnetsko.

Temperaturna točka od 768 ° C naziva se magnetskom točkom konverzije ili Curie točkom.

Svojstva tehnički čistog željeza:

• tvrdoća - 80 HB;
• privremeni otpor od 250 MPa;
• snaga prinosa - 120 MPa;
• izduženje od 50%;
• relativno sužavanje - 80%;
• visoki modul elastičnosti.

Karbid od željeza

Grafički prikaz sastavnog dijela dijagrama željeza i ugljika: Fe3C. Tvar se naziva željezni karbid ili cementit. Karakterizira ga:

1. Sadržaj ugljika je 6,67%.
2. Specifična težina je 7,82%.
3. Kristalna rešetka ima rombasti oblik, koji se sastoji od oktaedra.
4. Taloženje se događa pri temperaturi asimen-1260 ° C
5. Niska feromagnetska svojstva pri niskoj temperaturi.
6. Tvrdoća je 800 HB.
7. Plastičnost je praktički nula.
8. željezo karbid tvori čvrstu otopinu supstitucione u kojima su ugljikovi atomi zamijenjeni s atomima nemetala (dušik) i atoma željeza - metala (krom, volfram, mangana). Ovaj čvrsti pripravak naziva se legirani.

Kao što je gore navedeno, cementit je nestabilna faza, a grafit je stabilan. Budući da je prva supstanca nestabilan spoj, razgrađuje se pod određenim temperaturnim uvjetima.

U dijagramu željeza i ugljika, postoje takva stanja:

• tekuća faza;
• feritni;
• austenit;
• cementita;
• grafita;
• perlit;
• Ledebour.

Razmotrimo svaki od njih detaljno.

Tekuća faza

Ferrum u tekućem stanju otapa ugljik dobro. To je bez obzira na udio u kojem su u postotku. Kao rezultat toga nastaje homogena tekuća masa.

ferit

Je li čvrsto rješenje ugradnje ugljika u alfa - ferrum. Mala količina nečistoća također može biti uključena. Ali ferit ima gotovo iste kvalitete kao čisti željezo. Ako uzmemo u obzir strukturu pod mikroskopom, možemo vidjeti poliedarske zrnate svjetlosne tonove.

To se događa:

• niske temperature (pri temperaturi od 727 ° C, topivost ugljika iznosi 0,02%);
• visoke temperature (kod topljivosti ugljika od 0,1% na 1499 ° C), ili se zove delta - ferrum.

Svojstva ferita:

• tvrdoća - 80-120 HB;
• privremeni otpor od 300 MPa;
• izduženje je 50%;
• ima dobra magnetska svojstva (do temperature od 768 ° C).

austenita

Ovo je čvrsta otopina ugradnje ugljika u gama - ferrum. Može biti i mala količina nečistoća. U kristalnoj rešetki ugljik je u središtu fcc stanice. Pri razmatranju strukture austenita pod mikroskopom, to se vidi kao svjetlosna zrnca poliedrijskog oblika s blizancima.

Ima sljedeće karakteristike:

1. Topivost ugljika u gama-ferrum 2,14% (pri temperaturi od 1147 ° C).
2. Tvrdoća austenita 180 NN;
3. Izduženje - 40-50%;
4. Dobre paramagnetske kvalitete.

Cementit i njegovi oblici

Prisutni u takvim fazama: C1, C2, C3 (primarni, sekundarni i tercijarni cementit).

Što se tiče fizikalno-kemijskih parametara tih tri stanja, oni su približno jednaki. Mehanička svojstva utječu veličina čestica, njihov broj i položaj.

Također, prema dijagramu, jasno je da:

• U1 se formira iz tekućeg stanja (pod mikroskopom se vidi kao velika ploča);
• C2 - od austenita (poravnavanje oko svojih zrna u obliku rešetke);
• C3 - od ferita (nalazi se na granicama feritnih zrna u obliku finih čestica).

Perlita i ledeburita

Mješavina ferita i cementita naziva se perlit. Nastaje pri raspadanju austenita (pri temperaturi manjoj od 727 ° C). Kada se povećava, ova struktura ima oblik ploča ili žitarica.

Perlit s postupnim padom temperature prisutan je u svim legurama sa sadržajem ugljika od 0,02-6,67%.

Ledeburit je mješavina austenita i cementita. Nastala je iz tekuće faze nakon hlađenja do temperature ispod 1147 ° C.

Lijevano željezo

Vlakna u željezovom ugljičnom dijagramu, koja sadrže ugljik više od 2,14%, nazivaju se lijevano željezo. Vrlo su krhke. Poprečni presjek takvog lijevanog željeza ima svjetlosni ton i stoga se naziva bijelo željezo.

U dijagramu to je točka C, nazvana eutektika, s odgovarajućim sadržajem ugljika od 4,3%. Tijekom kristalizacije nastaje smjesa, koja se sastoji od austenita i cementita, zajednički nazivaju ledeburite. Sastav faze je konstantan.

Kod koncentracije ugljika manjeg od 4,3% (pre-eutekticno lijevano željezo), austenit se istaloži iz otopine tijekom kristalizacije. Zatim iz njega dodjeljuje Ts2. A na 727 ° C austenit se pretvara u perlit. Strukturno stanje takvog lijevanog željeza je sljedeće: velika područja tamnog perlit.

U hipereutektiku bijelo lijevano željezo (ugljik više od 4,3%) nakon hlađenja, strukturiranje se odvija uz stvaranje kristala CI. Daljnje transformacije su već provedene u čvrstom stanju. Struktura je ledeburite, što je pozadina za tamna perlitna polja. A velike slojeve su CI.

nalazi

Nemoguće je postići apsolutnu ravnotežu, i fizičku i kemijsku, osim u posebnim laboratorijskim uvjetima.

U praksi, ravnoteža se može odrediti da se apsolutno, ali pod određenim uvjetima: dovoljno sporo povećanje ili smanjenje temperature legure se održava za dugo vremena.