Структурные превращения железа при нагревании и охлаждении.
Сталь - это сплав железа и углерода, причем содержание углерода обычно колеблется в диапазоне между 0,02 % и 6,5 %. Атомы углерода расположены в промежуточных положениях решетки железа, которые имеют различный размер, и в связи с этим вызывают неравную деформацию и напряжение решетки. Весьма часто другие металлы как Хром, Cr, Cobalt Co, МС Марганца, и т.д. также входят в состав стали и это тоже изменяет параметры решетки и свойства стали.
При комнатной температуре и до 911°C чистое железо представлено кубической конфигурационной решеткой (α - железо), называемой ферритом.
При более высокой температуре между 911°C и 1392°C представлена кубическая конфигурация (γ - железо), называемая аустенитом. Выше 1392°C снова в небольшом диапазоне кубическая решетка, названная δ - железо или δ - феррит. В зависимости от конфигурации решетки углерод тогда находится или в четырехугольнике, или в восьмиугольниках решетки железа и вызывает различную деформацию размера решетки. Чем больше деформация, тем тверже сталь.
При медленном охлаждении стали после литья кристаллическая решетка проходит такие фазы, как аустенит и феррит или смешанные фазы. Во время преобразования углерод мигрирует в наиболее удобные положения решетки. Однако поглощение углерода решеткой ограничено и когда максимальная растворимость углерода в железе достигнута во время охлаждения, образуются либо осаждения цементита, железо-карбита, либо графита. Цементит - карбид железа Fe3C, в то время как перлит - смесь цементита и феррита.
При более высоком cодержании углерода, образуется ледобурит, смесь аустенита и цементита.
Различные фазы представлены в диаграмме состояние железо- углерод (Вы можете видеть здесь упрощенную версию).
Такие свойства стали как твердость или долговечность зависят от деформации решетки и существования осаждения, а так же от размера различных кристаллитов. Эти свойства могут формироваться или настраиваться различными тепловыми процессами
Фазы железоуглеродистых сплавов.
Феррит- твердый раствор внедрения С в альфа –железе с объемно-центрированной куб.решеткой.
Аустенит –твердый раствор внедрения С в гамма-железе с гранецентрированной куб.решеткой.
Цементит- карбит железа; Fe3C метастабильная высокоуглеродистая фаза.
Графит с табильная высокоуглеродистая фаза.
Структуры железоуглеродистых сплавов.
Ледебурит- э втектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит.
Мартенсит - сильно пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой.
Перлит- эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита
Сорбит - дисперсный перлит
Троостит высокодисперсный перлит
Бейнит игольчатый троостит- ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа.
Перлит –(от фр. Жемчужина)-одна из структ-х составляющих железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов: представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз – феррита и цементита (в легированных сталях –карбидов)
Перлит – продуктэвтектоидного распада аустенит а при сравнительно медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов ниже 727гр. С.
При этом гамма-железо переходит в альфа-железо, растворимость углерода в котором составляет от 0, 006 до 0, 025%;
избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов.
В зависимости от формы различают перлит пластинчатый ( основной вид перлита; обе фазы имеют форму пластинок) и зернистый (округлые зернышки, или глобули, цементита раполагаются на фоне зерен феррита).
С увеличением переохлаждения растет число колоний перлита. То есть участков с однообразной ориентацией пластинок феррита и цементита (карбидов), а сами пластинки становятся более тонкими.
Механические свойства перлита зависят, в первую очередь, от межпластинчатого расстояния (суммарная толщина пластинок обеих фаз): чем оно меньше, тем выше значение предела прочности и предела текучести и ниже критическая температура хладноломкости.
При перлитной структуре облегчается механическая обработка стали. Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.
Аустенит –по имени англичанина R-Octena, одна из структ.составляющих стали и чугуна – представляет собой немагнитный твердый раствор углерода (до 2%) или углеродистого железа в гамме-железе, устойчив только при температуре выше 723гр.С. Некоторые стали с увеличением содержания никеля и марганца имеют структуру аустенита и при комнатной температуре.
Мартенсит –(по имени немца Мартенса) –игольчатого вида микроструктура, наблюдаемая в подвергнутых значительному переохлаждении металлических сплавов и чистых металлов.
Цементит - карбид железа FeC3.-светлое твердое и хрупкое кристаллическое вещество –структурные составляющие стали, придающие ей тверость и хрупкость.
Ледебурит – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, гл.образом, чугунов, представляющих собой эвтетическую смесь аустенита цементита в интервале температур 723 - 1147 гр.С. или феррита и цементита ниже 723гр.С.
Феррит - твердый раствор углерода и легирующих элементов в альфа-железе имеет объемноцентрированную куб.кристаллическую решетку.
Перлит –представляет собой эвтектит.смесь двух фаз –феррита и цементита.
Стали:
Конструкционная сталь -до 0,8% С
Инструментальная сталь до 2% С
Нержавеющая легированная хромом
Жаростойкая
Жаропрочная
Высокопрочная
Чугуны:
Белый чугун – хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит
Серый чугун – графит вформе пластин
Ковкий чугун - графит в хлопьях
Высокопрочный графит – графит в форме сфероидов
Половинчатый чугун – содержит и графит и ледебурит