РЕФЕРАТ
на тему:
«Исследование фазовых и структурных превращений в железе и его сплавах магнитным методом»
Выполнил студент
Группы НМТ-352210
Кореннов Г.Д.
Проверил преподаватель
Жиляков А.Ю.
Екатеринбург
Содержание
Введение. 2
1 Железо и его сплавы.. 3
2 Метод измерения магнитометрический …………..……………………..…9
Заключение. 17
Список используемой литературы.. 18
Введение.
Магнитный метод исследования применяют для исследования превращений в сплавах. Этот метод основан на зависимости магнитных свойств сплава от структуры или состава. Магнитный метод исследования основан на том, что аустенит немагнитен, а перлит, феррит и все продукты превращения аустенита магнитны. Этот метод получил наибольшее распространение среди металловедов и имеет ряд крупных преимуществ.
Железо и его сплавы.
Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.
Для железа характерен полиморфизм, оно имеет четыре кристаллические модификации:
до 769 °C существует α-Fe (феррит) с объёмноцентрированной кубической решёткой и свойствами ферромагнетика (769 °C ≈ 1043 K — точка Кюри для железа);
в температурном интервале 769—917 °C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами объёмно-центрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика;
в температурном интервале 917—1394 °C существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой;
выше 1394 °C устойчиво δ-Fe с объёмно-центрированной кубической решёткой.
Металловедение не выделяет β-Fe как отдельную фазу[18], и рассматривает её как разновидность α-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ≈ 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов, ферромагнетик становится парамагнетиком — происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит.
Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации:
от абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой;
от 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой;
от 1400 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.
Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов (см. фазовую диаграмму железо—углерод). Твёрдый раствор углерода в α- и δ-железе называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный δ-феррит и низкотемпературный α-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы. Твёрдый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом.
В области высоких давлений (свыше 13 ГПа, 128,3 тыс. атм.[19]) возникает модификация ε-железа с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой.
Явление полиморфизма чрезвычайно важно для металлургии стали. Именно благодаря α—γ переходам кристаллической решётки происходит термообработка стали. Без этого явления железо как основа стали не получило бы такого широкого применения.
Железо относится к умеренно тугоплавким металлам. В ряду стандартных электродных потенциалов железо стоит до водорода и легко реагирует с разбавленными кислотами. Таким образом, железо относится к металлам средней активности.
Температура плавления железа 1539 °C, температура кипения — 2862 °C.
Фазовые превращения в сталях и чугунах.
Фазовые превращения в сплавах железа начинаются и заканчиваются при строго определенных температурах. Термическая, химико -термическая обработка деталей машин, сплавов, инструментов, металлоконструкций связана с этими температурами.
Сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Основные из них — сталь и чугун — представляют собой сплавы железа с углеродом. Для получения заданных свойств в сталь и чугун вводят легирующие элементы. Ниже рассмотрено строение и фазовые превращения в сплавах железо—углерод, а также фазы в сплавах железа с легирующими элементами.
Чугун
Чугун - это железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% углерода. Однако указанная граница (2,14% C) относится только к двойным железоуглеродистым сплавам или сплавам, содержащим сравнительно небольшое число примесей. Вопрос о границе между сталями и чугунами в высоколегированных железоуглеродистых сплавах, т.е. содержащих ещё большее количество других элементов, кроме железа и углерода, является спорным. Железоуглеродистые сплавы затвердевают с образованием эвтектики.
Чугун - важнейший первичный продукт черной металлургии. Чугун вторичной плавки - один из основных конструкционных материалов, используемый как литейный сплав.
Чугун отличается от стали по составу - более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддаётся ковке). Чугун дешевле стали.
Классификация чугунов
Принято несколько способов классификации чугунов: чугуны группируют по самым разным общим признакам (мы рассмотрим их позднее). Пока приведём классический пример классификации чугунов.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида;
серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита;
высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.
ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига).
Сталь (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в стали обычно устанавливают в диапазоне от 0,1 до 2,14 %, причём содержанию 0,6 % и выше соответствует высокоуглеродистая сталь.
Превращения в сплавах системы железо — цементит Фазовый состав
При изучении влияния легирующих элементов на фазовые превращения и структурный состав железомарганцевых сплавов основное внимание уделяют превращению у е, так как считают, что влияние легирующих элементов на Y-va-превращение в сплавах системы Fe—Мп аналогично их влиянию на образование а-мартенсита в других сплавах на основе железа.
Теоретически термической обработке первой группы могут быть подвергнуты любые металлы и сплавы, а термической обработке второй, третьей и четвертой групп только те металлы и сплавы, которые имеют фазовые превращения в твердом состоянии, а именно аллотропические превращения, частичный или полный распад твердых растворов. Возможность термической обработки данных сплавов можно определить по их диаграмме состояния. Однако практически не всегда эту возможность можно использовать, так как изменение свойств металлов при термической обработке бывает иногда незначительным. Например, железо имеет аллотропические превращения и может быть подвергнуто закалке, но величина его прочности и твердости после закалки увеличивается незначительно.
Фазовое превращение, совершающееся по линии ЕЗ (выделение из у-фазы карбида железа), принято обозначать Лет. В сплавах железо-углерод проходит еще одно превращение, отсутствующее в чистом железе и связанное с переходом карбида железа при охлаждении в ферромагнитное состояние.
Из изложенного следует, что, пользуясь правилом рычага, можно решить две задачи:
1) по содержанию углерода заранее определить относительные количества феррита и перлита в структуре медленно охлажденной доэвтектоидной стали;
2) по микроструктуре доэвтектоидной стали определить соотношение площадей, занимаемых ферритом и перлитом, а следовательно, установить химический состав (содержание углерода) в этой стали.