строение (557054), страница 14
Текст из файла (страница 14)
2000. Цгмгнтит (обозначают Д) — химическое соединение железа с углеродом — карбид железа РееС. Содержит 6,67 % С и имеет сложную ромбиче- 58 дв Ф'Ц б7 Ыд б багб Ебс 'бм б е йсб б б бс77 ,С,% б ю гб бг ьт ба бс га бб бб д Р (Ге,С), % Рис. Зт. Диаграмма еаетаииии Ре — Реео скую решетку. При нормальных условиях цемеитит тверд ~НВ 8000) и хрупок. Ои слабо ферромагнитен и теряет магнетизм при 210 С. При высоких температурах цемеитит неустойчив и распадается, поэтому температура его плавления точно ие определена, чаще принимается равной 1600 'С. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 1260'С. Графит — углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии.
Кристаллическая решетка графита — гексагональная с параметрами а = 0,142 нм и с= 0,340 нм; 7 = 2500 кг/ме. Графит электропроводен, химически стоек, мало прочен, мягок (НВ 30). Общая характеристика диаграммы. Диаграмма состояния железо — углерод (рис. 37) характеризует фазовый состав и превращения в сплавах с концентрацией от чистого железа до цемеитита. Особенность диаграммы — наличие на оси концентрации двух шкал, показывающих количество углерода и цементита.
Ниже приведено положение характерных точек диаграммы состояния железо — цемеитит. Точка А определяет температуру плавления чистого железа, а точка Р— температуру плавления цементита. Точки Н и О соответствуют температурам аллотропических превращений железа. Точки Н и Р характеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемпературном и ниэкотемпературном феррите. Точка Е определяетт наибольшую концентрацию углерода в аустените.
Значения остальных точек ясны из диаграммы. Точки на диаграмме ... А Н 7 В Н Р Е С !, 'С .. . . . . . , . . 1539 1499 1499 1499 1392 1600 1147 /147 С еб ' ' ' ' ' 0 0 1 О 16 О 51 0 б 67 2 14 4 43 Точки на диаграмме ... Р О Р 3 К Я /. !, 'С . . . .. . ., . . 1147 911 727 727 727 600 600 С % . . . . , . . . . . 6,67 О 0,025 0,8 6,67 0,004 6,67 Превращения в сплавах диаграмм состояния происходят как при затвердеваиии жидкой фазы (Ж), так и в твердом состоянии. Первичная кри- са сталлизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ликии дус (АСВ)7) и солидус (АН7ЕСР). Вторичная кристаллизация вызвана пре вращением железа одной аллотропической модификации в другую и пере меииой растворимостью углерода в аустеннте и феррите. При понижении температуры эта растворимость уменьшается.
Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линия ЕБ характеризует изменение концентрации углерода в аустеиите, а линия РГ) — в феррите. Цементит имеет неизменный химический состав (вертикаль 7»РКЬ), меняются лишь форма и размер его кристаллов, что отражается на свойствах сплавов. Наиболее крупные кристаллы цемеитита образуются, когда он выделяется из жидкости при первичной кристаллизации. Цементит, выделяющийся из жидкости, называют первичным; цемеитит, выделяющийся из аустенита,— вторичным; цементит, выделяющийся из феррита,— третичным.
Соответственно, линия СТ) на диаграмме состояния называется линией первичного цемеитита, ЕЯ вЂ” линией вторичного цементита, Р0 — линией третичного цемеитита. В системе железо — цементит происходят три нзотермических превращен и я: перитектическое превращение на линии 07В (1499 'С) Фл + Жв -ь Ау1 эвтектическое превращение на линии ЕСР (1147 'С) Жс -ь (Ал + ЦР!; эвтектоидиое превращение иа линни РЕК (727'С) Аз -о (Фр+ Цк). Эвтектическая смесь аустеннта и цемеитита называется ладебуритом, а эвтектоидная смесь феррита и цементита — перлитом. Структурные составляющие эвтектоид — перлит (содержит 0,8 % С), эвтектика — ледебурит (4,3 % С) оказывают важное влияние иа свойства сплавов.
Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение н является прочной структурной составляющей: па = 800 .. 900 МПа; пь, = 450; 6 ( 16 %; НВ 1800... 2200. При охлаждении ледебурита ниже линии РЯК входящий в него аустенит превращается в перлит и при комнатной температуре, ледебурит представляет собой уже смесь цементита и перлита.
В этой структурной составляющей цемеитит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (НВ 6000) и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов делает их не способными к обработке давлением, затрудняет обработку резанием.
Сплавы железа с углеродом разделяют на две группы: стали, содержащие до 2,14 % С, и чугуны, в которых ) 2,14 % С. Связь между диаграммами состояния и днаграммамн есостав — свойства» Закономерности изменения свойств сплавов в зависимости от состава и строения установлены Н. С. Курнаковым и называются диаграммами «состав — свойства» или правилами Курнакова.
На рис. 38 приведены основные типы диаграмм состояния и соответствующие им диаграммы «состав — свойстваж Каждому типу диаграмм состояния отвечает своя закономерность изменения свойств в зависимости от состава. Например, при образовании смесей (рис. 38„а) свойства сплавов изменяются по закону прямой линии (аддитивно) и значения свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов. Однако следует отметить, что при повышенной дисперсности эвтектики на диаграмме «состав — свойства» против состава эвтектики наблюдается пик.
При образовании неограниченных твердых растворов (рис. 38,б) свойства сплавов изменяются по криволинейному закону (кривые с максимумом или минимумом), однако некоторые из них могут значительно отличаться от свойств входящих в сплав компонентов. А 1 Ю А д А 1 д А д А д А Рнс. 88. днаграммы состояния сплавов н соответствующне нм закономерности нзменення свойств (по Н. С.
Курнакову) В случае диаграммы состояния системы с ограниченными твердыми растворами (рис. 38, в) свойства сплавов в однофазной области изменяются по криволинейному, а в двухфазной области— по прямолинейному закону. Причем крайние точки на прямой отвечают свойствам предельно насыщенных твердых растворов. В системах с устойчивым химическим соединением (рис. 38, г) на кривых изменения свойств наблюдается максимум или минимум (точка перелома прямой) при составе, отвечающем химическому соединению. Точка перелома называется сингулярной точкой.
Таким образом, изучая количественные изменения свойств сплавов системы в зависимости от количественных изменений ее состава, можно обнаружить протекающие в системе качественные изменения и определить составы сплавов с оптимальными свойствами. Этот метод является основой разработанного Н. С. Курнаковым физико-химического анализа превращения веществ.
Особенности превращений в сплавах в твердом состоянии Процесс перекристаллизации металлов в твердом состоянии изменяет фазовый состав и структуру сплавов и в большинстве случаев относится к фазовым превращениям. Характер перекристаллизации определяется, прежде всего, типом диаграммы состояния и протекает в равновесных условиях и в условиях переохлаждения. Степень переохлаждения растет с увеличением скорости охлаждения из-за затруднения фазовых превращений в этих условиях. Диаграмма состояния характеризует взаимодействие фаз в равновесных условиях, но она не дает сведений о механизмах, посредством которых достигается это равновесие и о времени его достижения. Механизмы фазовых превращений важны, поскольку влияют на состав и распределение фаз в материалах, а следовательно, и на свойства сплава.
На скорости фазовых превращений и последующее взаимное расположение и размер новых фаз влияют многие факторы: разрыв существующих и образование новых связей, образование межфазных границ, диффузия атомов. Фазоеые превращения в тзердом состоянии без изменения концентрации (е однофазных структурах). К ним относятся полиморфные превращения, упорядочение твердых растворов нмартенситные реакции, происходящие без изменения состава. Пояиморфные превращения, Общие представления о полиморфизме металлов рассмотрены выше. В разделе будут рассмотрены особенности структурных изменений в кристаллической решетке при данном типе превращений, а также влияние полиморфизма на формирование свойств промышленных сплавов. По характеру структурных изменений кристаллической решетки полиморфные превращения делятся на две категории: с изменением координационныхрасположений атомов и без изменения координации ато- 911'С мов.
Полиморфные превращения в железе (Ре„.— Ре„) и Кз К12 1892 С 882*'С (Ре — Рер), а также в титане (Т1„— Т!а) сопровождаются К12 Кл ГП Ка изменением координационного числа. В этом случае переход от одной модификации к другой требует значительных атомных смещений и, следовательно, характеризуется высокой энергией активации. Поэтому полиморфные превращения с изменением координаш1и происходят с меньшими скоростями. Полиморфные превращения без изменения координационных чисел возможны в соединениях (ЯО„ ВаТ1О8).
В этом случае они связаны со смещениями атомов, не приводящими к изменению координационных чисел, и характеризуются меньшей энергией активации. Оба типа превращений могут значительно отличаться по скорости. Стабильность модификаций в определенном интервале температур определяется значением термодинамического потенциала (свободной энергией), зависимость которого от температуры приведена при рассмотрении процесса кристаллизации и показана на рис.
39. Кроме того, стабильность модификаций может зависеть от типа связи. Так, в большинстве случаев при низких температурах более устойчивы о. ц. к. модификации металлов с более прочной ковалентной компонентой связи. Наличие той или иной полиморфной модификации в металле в заданном температурном интервале определяется также тепло- емкостью этой модификации. Модификации с более высокой тепло- емкостью устойчивы при более высокой температуре, что определяется следующей зависимостью: (91 где Р— свободная энергия модификации; У вЂ” полная энергия; С вЂ” теплоемкость полиморфной модификаций; Т вЂ” абсолютная температура. При переходе металла из одной полиморфной модификации в другую происходит фазовая перекристаллизацня, вследствие образования новых зерен в структуре металла. тг Можно считать что процесс перекристалли- и р зации При полиМорфном превращЕнии под- модииамичеевого поыв- Пиала двух модизивачиняется тем же законам, что и процесс пив металла при иагрекристаллизации.
Полиморфное превращение прежде всего развивается в тех участках структуры, в которых уровень свободной энергии повышен. Такими участками являются границы зерен и приграничные области. Чем меньше размер зерна, тем больше межзереиная поверхность и больше возникает зародышевых центров. Форма и ориентация кристаллов новой фазы в анизотропной среде подчиняется принципу структурного и размерного соответствия (разработан П. П. Данковым н С. Т. Конобеевским), согласно которому кристаллическая решетка новой фазы сопрягается с кристаллической решеткой старой фазы (когерентность решеток) при минимальном различии параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
