30.Понятие о сплавах металлов. Структурные составляющие сплава железо-углерод.

Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют поликристаллическую структуру. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки.

Для железа наиболее характерными являются 2 типа кристаллических решеток:

1. Объемно-центрированная кубическая при температуре до 910 °С. Железо этой модификации (α-железо) обладает повышенной пластичностью и магнитными свойствами до 768 °С.

2. Гранецентрированная кубическая при температуре выше 910 °С. Железо этой модификации (γ-железо) обладает повышенной прочностью, немагнитно.

Переход металла из жидкого состояния в твердое - кристаллизацией. Температура, соответствующая каким-либо фазовым превращениям в металле или сплаве, называется критической точкой.

Основные типы сплавов.

Системой называют совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температуре, давлении).

Фазой называют однородную по химическому составу, кристаллическому строению и свойствам часть системы, отделенную от других ее частей поверхностью раздела.

Компонентами называют вещества, образующие систему.

Сплавы, находящиеся в твердом состоянии, делят по составу на три группы: твердый раствор, химическое соединение, механиче­ская смесь компонентов.

Диаграмма состояния сплавов железо-углерод.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов и критических точек в зависимости от температуры и концентрации. Равновесными являются условия, при которых процессы, протекающие в системе, обратимы.

Диаграмму состояния строят в координатах температура — концентрация.

Железо с углеродом могут образовывать одно- и двухфазные системы.

К однофазным системам железоуглеродистых сплавов относятся:

- феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. феррит – практически чистое железо. Феррит магнитен, имеет низкую твердость и прочность, высокую пластичность

- аустенит - твердый раствор углерода в γ-железе. Максимальная растворимость углерода в аустените 2,14 % при температуре 1147 °С. Немагнитен и более твердый и прочный.

- цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом. В цементите содержится 6,67 % углерода; он имеет очень высокую твердость и очень хрупкий.

- графит – кристаллическая разновидность углерода.

Двухфазными системами железоуглеродистых сплавов являются:

- перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита. Перлит образуется при медленном охлаждении из аустенита при температуре 727 °С и содержит углерода 0,8 %, характеризуется своеобразной зернистой структурой и высокой прочностью.

- ледебурит - эвтектическая смесь, состоящая после образования из аустенита и цементита, а после охлаждения – из перлита и цементита. Ледебурит образуется при кристаллизации жидкого раствора постоянного состава (4,3 % С) при температуре 1147 °С.

Стали — это железоуглеродистые сплавы с содержанием до 2,14 % С.

Чугуны — это железоуглеродистые сплавы с содержанием более 2,14 % С.