а) – К, Li. Na, Mo, Cr, альфа железо; б) – Ni, Au, Pt, γ-железо; в) – Cd. α-Тi, α-Zn.
Фазой называется физически и химически однородная часть системы, имеющая одинаковый состав, строение и агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы разделяющей поверхностью. Жидкий металл является однофазной системой. Смесь двух различных кристаллов или одновременное существование жидкого расплава и кристаллов являются двух или трех фазной системой. Составляющие сплавов называются компонентами. Различают следующие виды сплавов:
Неоднородные - это механические смеси, состоящие из смеси кристаллов компонентов;
Однородные - состоят из одной фазы:
1) Твердые растворы, полученные при затвердевании расплавов;
2.
Химические соединения, образовавшиеся при химическом взаимодействии компонентов. Химические соединения образуются между компонентами с отличающимися электронным строением атомов и кристаллических решеток;
3.
Электронные соединения. Они образуются между одновалентными элементами или переходными металлами и простыми металлами валентностью от 2 до 5.
|
|
Разновидности растворов:
Твердые растворы – представляют собой фазы, в которой один из компонентов сплава сохраняют свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента располагаются в кристаллической решетке первого компонента.
Твердые растворы: замещения; внедрения.
В растворах замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в узлах его кристаллической решетки.
В растворах внедрения – атомы растворяемого вещества располагаются в междоузлиях. Характерны для элементов с малым атомным радиусом.
Фазовый состав и структурные составляющие углеродистых сплавов - сталей и чугунов - в равновесном состоянии описываются диаграммой состояния «железо – углерод» (на Рис. 5.3. приведена Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, содержащих до 6,7% углерода).
Рис 5.3. Диаграмма Железо-Углерод.
Все линии на диаграмме соответствуют критическим точкам, т.е. тем температурам, при которых происходят структурные изменения в сплавах.
Линия АВСД – линия начала кристаллизации сплава (линия ликвидуса).
Линия АНJЕСF – линия конца кристаллизации сплава (линия солидуса).
-железо, а также в виде химического соединения Feg-железо и aЧаще всего в железоуглеродистых сплавах углерод встречается в виде твердых растворов внедрения в 3C – цементита.
Между линиями ликвидуса и солидуса сплавы состоят из жидкого расплава и твердых кристаллов (двухфазная система).
Первым из жидкого расплава кристаллизуется аустенит.
-железе.gОбласть AJESG (IV) на диаграмме соответствует аустениту - твердому раствору углерода в
Линия GS – начало выделения феррита, а линия SE – вторичного цементита.
Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и выделению перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит. Линии GSK и PSK имеют большое значение при термической обработке стали. Линию GSK называют линией верхних критических точек, линию PSK – линией нижних критических точек.
Наиболее характерные сплавы диаграммы:
|
|
эвтектический сплав содержит 4,3% углерода, образуется при одновременной кристаллизации: аустенита и цементита и называется ледебуритом;
эвтектоидный сплав содержит 0,81% углерода, образуется при одновременной кристаллизации феррита и вторичного цементита и называется перлитом.
В зависимости от содержания углерода (в %), железоуглеродистые сплавы получают следующие названия:
при содержании углерода до 0,81 – доэвтектоидные стали;
при содержании углерода 0,81 – эвтектоидные стали;
при содержании углерода 0,81-2 – заэвтектоидные стали;
при содержании углерода 2-4,3 – доэвтектические чугуны;
при содержании углерода 4,3-6,67 – заэвтектектические чугуны.
Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и аустенита в области VIII, а в области IX – из феррита и перлита (Рис. 5.3 – 1).Структура эвтектоидной стали, содержащей 0,81% углерода, состоит из перлита (Рис. 5.3 – 2) Структура заэвтектоидных сталей будет состоять из перлита и вторичного цементита. При медленном охлаждении вторичный цементит кристаллизируется по границам зерен перлита, образуя твердую и хрупкую оболочку, видимую под микроскопом в виде сетки (рис. 5.3. – 3). С увеличением содержания углерода меняется структура, увеличивается содержание цементита и уменьшается количество феррита. Поэтому для области чугунов на диаграмме характерны такие структуры как цементит первичный и вторичный, ледебурит.
Основными структурными составляющими железоуглеродистых сплавов, являются следующие:
Феррит С равна 0,02 %. С уменьшением температуры до 600°-железе с кубической объемно-центрированной кристаллической решеткой (рис. 5.3,а.). Предельная растворимость углерода в феррите при t=727 a– твердый раствор углерода в 0С.°=30 %), магнитен до 768 dC растворимость углерода в феррите падает до 0,01 %. Феррит весьма мягок, пластичен (НВ = 100,
На диаграмме состояния занимает область GPQG.
Аустенит -железе с кубической гранецентрированной решеткой (рис. 5.3,б). Предельная растворимость углерода в аустените равна 2,14% при t=1147g– твердый раствор углерода в 0С. С уменьшением температуры до 7270=45 %), немагнитен. При дальнейшем охлаждении происходит распад твердого раствора с образованием феррита и цементита.dС растворимость углерода в аустените падает до 0,81% (линия ES). Аустенит по сравнению с ферритом более тверд и пластичен (НВ=200,
Цементит – очень тверд, но хрупок (НВ=800) имеет сложную кристаллическую решетку (Рис.5.3,в). Магнитен до 2100С. Различают:
а) Первичный цементит – Fe3CI, который выделяется при кристаллизации из жидкой фазы у всех железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 4,3% (ниже линии ДС);
б) Вторичный цементит -выделяется при вторичной кристаллизации
Д
III
VII
из аустенита у всех железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 0,81% в интервале температур от 11470 до 7270 С.
в) Третичный цементит - Fe3CIII, который выделяется при третичной кристаллизации из феррита у всех железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 0,01% в интервале температур от 7270 до 00С.
Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 0,01%, называются технически чистым железом. Структура их состоит из феррита и небольшого количества третичного цементита, располагающегося преимущественно по границам зерен феррита (область GPQ).
|
|
Перлит – эвтектоидная механическая смесь, состоящая из феррита и цементита. Образуется при распаде аустенита при температуре 7270С и содержании углерода 0,81%. Такое превращение аустенита в перлит называется эвтектоидным, а точка S называется эвтектоидной точкой. Перлит бывает пластинчатый и зернистый. Механические свойства перлита зависят от размеров и формы цементита. Твердость – НВ=160; δ=18%.
Ледебурит – механическая смесь, состоящая в интервале температур
11470 … 7270С из аустенита и цементита, а ниже 7270С – аустенит, входящий в состав ледебурита – распадается на вторичный цементит и перлит. Ледебурит очень тверд (НВ=700), хрупок.
Рис 5.4. Диаграмма Железо-Углерод (
ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
).
В строительных конструкциях сталь подвергается действию статических и динамических нагрузок, испытывая растяжение, сжатие, изгиб, удар и поэтому необходимо регулировать свойства сталей. Различают несколько видов упрочнения стали.