Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Черные металлы и сплавы занимают важное место в международной торговле. При таможенной экспертизе особое значение придается структуре металлов и сплавов.

Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют поликристаллическую структуру, состоящую из отдельных зерен – монокристаллических областей, ориентированных друг относительно друга под различными углами.

Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющееся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

Для железа наиболее характерными являются 2 типа кристаллических решеток (Рис. 7.1.):

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

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

Рис. 7.1. Атомно-кристаллическое строение металлов с объемноцентрированной кубической (а) и гранецентрированной кубической (б) элементарными ячейками

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. При снижении температуры возникают центры кристаллизации — зародыши, вокруг которых постепенно образуется твердая фаза. Кристаллизация происходит вследствие перехода к более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией.

Процесс кристаллизации характеризуют кривыми охлаждения или нагревания, изображенными в координатах температура — время (Рис. 7.2.).

При охлаждении расплавленного чистого металла вначале (участок 1-2 рис. 7.2, а) понижение температуры идет плавно. При достижении температуры кристаллизации на кривой охлаждения (Рис. 7.2, а) появляется горизонтальный участок 2-3, так как отвод тепла в окружающую среду компенсируется выделяющейся скрытой теплотой кристаллизации. После окончания кристаллизации температура вновь понижается равномерно (участок 3-4 рис. 7.2, а).

При охлаждении из жидкого состояния сплава двух металлов процесс кристаллизации протекает несколько иначе (Рис. 7.2, б). Точка 2 соответствует началу выделения из жидкой фазы кристаллов одного из компонентов сплава. Выделяющаяся при кристаллизации теплота замедляет ход кривой охлаждения и в точке 2 кривая изменяет наклон (участок 2-3). Выпадение кристаллов избыточного компонента и равномерное понижение температуры происходит, пока сплав не достигнет определенного состава. В дальнейшем происходит одновременная кристаллизация компонентов при постоянной температуре (участок 3-4 рис. 7.2, б). После полного затвердевания сплава в точке 4 его температура снова начинает снижаться по плавной кривой 4-5.

Рис. 7.2. Кривые охлаждения металла (а) и двухкомпонентного сплава (б)

Температура, соответствующая каким-либо фазовым превращениям в металле или сплаве, называется критической точкой.

Дата добавления: 2015-08-27