Фазовый состав железоуглеродистых сплавов

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной промышленности. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов, вместе взятых, более чем в 10 раз. Основное представление о строении железоуглеродистых сплавов даёт диаграмма состояния «железо-углерод». Начало изучению диаграммы принадлежит Д.К. Чернову, который в 1868 г. впервые указал на существование в стали критических точек и на зависимость их положения от содержания углерода.

Железо образует с углеродом химические соединение – цементит (Fe₃C). Каждое устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму – по частям. Т.к. на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до 5%, то рассматривают часть диаграммы состояния от чистого железа до химического соединения цементита, содержащего 6,67% углерода.

Компоненты железоуглеродистых сплавов

Железо – металл светло-серебристого цвета, имеет температуру плавления 1539℃. В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. При температуре ниже 911℃ существует Fe_α, имеет ОЦК-решетку с периодом 0,286 нм. В интервале температур 911-1392℃ устойчивым является Fe_γ с ГЦК-решеткой с периодом 0,364 нм. Выше 1392℃ железо имеет ОЦК-решетку и называется Fe_δ, или высокотемпературное.

Железо технической чистоты имеет невысокую твердость (80 HB), невысокую прочность (σ_в=300 МПа, σ_т=120 МПа), высокие характеристики пластичности (δ=50%, ψ=70%, KCU=2,5 МДж/м²). Характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе.

Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением и существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления 3500 ℃) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой (температура плавления 5000 ℃).