Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре

Сплавы железа с углеродом являются самыми распространенными металлическими материалами. Диаграмма состояния железо-углерод дает представление о строении железоуглеродистых сплавов - сталей и чугунов.

Чистое железо - это серебристо-светлый металл, практически не подверженный окислению. Атомный номер 26, атомный вес 55,85. Технически чистое железо содержит 0,10-0,15 % всех примесей. Свойства железа зависят от степени его чистоты. Температура плавления - 1539 °C, плотность - 7,85 г/см³. Железо обладает невысокой твердостью и прочностью и хорошей пластичностью. Чистое железо меньшей прочности, чем чугун или сталь.

Железо со многими элементами образует растворы: с металлами - растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом - растворы внедрения. Растворимость углерода в железе зависит от того, в какой кристаллической форме существует железо.

При растворении углерода в железе образуются твердые растворы. Феррит - раствор, получаемый при растворении углерода в низкотемпературной модификации железа. Характеризуется низкой твердостью и повышенной пластичностью. Углерод, растворяясь в высокотемпературной модификации железа, образует пластичный аустенит.

Углерод в природе встречается в виде двух модификаций: в форме алмаза, который имеет сложную кубическую решетку, и в форме графита, имеющего простую гексагональную решетку.

Цементит - карбид железа, содержащий 6,67 % углерода. Хрупкий и твердый. В том случае, если в металле присутствует большое количество кремния, образование цементита не происходит. В данном случае углерод преобразовывается в графит (серый чугун).

Содержание углерода в диаграмме Fе - С (цементит) ограничивается 6,67 %, так как при этой концентрация образуется химическое соединение - карбид железа (Fе_зС) или цементит, который и является вторым компонентом данной диаграммы.

Система Ре - Fе₃С метастабильная. Образование цементита вместо графита дает меньший выигрыш свободной энергии, но кинетическое образование карбида железа более вероятно.

Точка А (1539 °C) отвечает температуре плавления железа, точка D (1500 °C) - температуре плавления цементита, точки N (1392 °C) и G (910 °C) соответствуют полиморфному превращению.

Железоуглеродистые сплавы - это стали и чугуны, которые являются основными материалами, используемыми в машиностроении и современной технике.

Сталь - основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств.

Стали сочетают высокую жесткость со статической и циклической прочностью. Эти параметры меняют за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменяя химический состав, получают стали с различными свойствами и используют их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

Углеродистые стали классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По содержанию углерода стали подразделяются на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 % С).

По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали представляют наиболее обширную группу, которая предназначена для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 °C) деформирования.

Стали классифицируют по качеству на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Качество стали - это совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей - серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные - углеродистыми и легированными. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Легированные стали производят спокойными, углеродистые - спокойными, полуспокойными и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали делятся на:

1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит;

2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;

3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

Автор: Буслаева Е.М.

<< Назад: Выбор сплавов для определенного назначения на основе анализа диаграмм состояния

>> Вперед: Конструкционные и инструментальные углеродистые стали. Маркировка, применение

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Национальная экономика. Конспект лекций

▪ Основы бизнеса. Шпаргалка

▪ Эндокринология. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Кристаллическая целлюлоза 02.07.2015 Все говорят о волокнах целлюлозы, целлюлозной массе, а что такое кристаллическая целлюлоза? Волокно состоит из нанофибрилл, нанофибриллы - из полимерных нитей, причем в некоторых участках длинные молекулы целлюлозы прочно соединены водородными связями и высокоупорядоченны, а в других имеют аморфную структуру. Целлюлоза, очищенная от лигнина и гемицеллюлозы, мягкая и волокнистая. Но если обработать его, например, крепкой кислотой или ферментом, которая уничтожит неупорядоченные участки полимера, то останутся миниатюрные иголочки нанометрового диаметра, состоящие из плотно уложенных фрагментов глюкозных цепочек. Эти иголочки - кристаллическая наноцеллюлоза (CNC) - прочнее кевларового и углеродного волокна, а стоят в десять раз дешевле. Их выход - примерно 30% от целлюлозной массы, цену при массовом производстве надеются довести до нескольких долларов за килограмм. К тому же целлюлозные нанокристаллы прозрачны, а пленки из нанокристаллической целлюлозы обладают интересными оптическими свойствами. Целлюлозные волокна, или нанофибриллы, нанометрового диаметра и длиной в несколько микрометров - тоже полезный материал; из них можно делать нанокомпозиты, пленки для различных фильтров, а растворы целлюлозных нановолокон обладают необычными физическими свойствами. В отличие от многих других наночастиц наноцеллюлоза абсолютно биосовместима и не внушает опасений самым ярым защитникам природы. Есть у этих материалов важный минус - высокая гигроскопичность: даже маленьким частицам древесины свойственно связывать воду. Но тут уже карты в руки химикам и технологам. Гидрофобные, пластичные и прозрачные наноцеллюлозные пленки недавно получила группа японских исследователей, которые много лет работают с целлюлозными нановолокнами, окисленными NaClO в присутствии (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1- ил)-оксила (сокращенно TEMPO или TO) и бромида натрия. При окислении свободные поверхностные -CH2OH группы превращаются в карбоксильные -COO-; такие нановолокна исследователи назвали TOCN. В этой работе японцы получали пленки, высушивая водную дисперсию TOCN с четвертичными алкиламинами - молекулами, в которых четыре алкильные цепи привязаны к одному положительно заряженному атому азота. Алкиламины становились противоионами для карбоксилатных поверхностных групп и придавали пленке пластичность - алкильные цепи покрывают ее поверхность и занимают пространство между нановолокнами. К тому же наноцеллюлозная пленка становилась водоотталкивающей: если использовать тетра(n-бутил)-аммоний, то угол контакта с водой достигает 100°. Такие нанофибриллы могут быть наполнителем в гидрофобных полимерных матрицах.

Другие интересные новости:

▪ Гастрономические предпочтения кошек

▪ Интернету - нобелевскую премию мира

▪ Инновационный элемент питания прослужит десятки лет

▪ Решение NXP для мобильного телефона на солнечных батареях

▪ Нейроны с ушами

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья И скучно, и грустно, и некому руку подать. Крылатое выражение

▪ статья Где и когда можно было устроиться на работу отшельником в поместье аристократа? Подробный ответ

▪ статья Мальстрем. Чудо природы

▪ статья Устройство контроля двери. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Усовершенствование блока питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025