Компоненты и фазы в системе железо-углерод

Сплавы железа широко распространены в промышленности. Основными из них являются стали и чугуны. Это сплавы железа с углеродом.

Строение любых сплавов отражается диаграммой состояния. Чтобы экспериментально построить диаграммы состояния сплавов, образованных двумя компонентами А и В, нужно подготовить несколько сплавов с разным содержанием этих компонентов. Для каждого сплава экспериментально определяют критические точки, то есть температуры фазовых превращений. Полученные значения температур откладывают на вертикальных линиях в соответствии химическим составом сплавов [3]. Соединяя критические точки, получают линии диаграммы состояния. Диаграмма состояния показывает изменение равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Диаграмма состояния

Железо

Железо – металл сероватого цвета. Атомный номер 26. Чистое железо содержит 99,999 % Fe, технические сорта 99,8…99,9 %. Температура плавления железа 1539 °С. Железо является полиморфным металлом.

До 911 °С – кристаллическая решётка ОЦК (Fe _α),

911…1392 °С – кристаллическая решётка ГЦК (Fe _γ),

1392…1539 – кристаллическая решётка ОЦК (Fe _α,Fe _δ).

До температуры 768 °С α -железо ферромагнитно, выше парамагнитно. Температуру 768 °С, при которой происходит переход от ферромагнитного состояния к парамагнитному, называют точкой Кюри и обозначают А₂ . Плотность α- железа – 7,68 г/см³ .

Критическую точку перехода α γ при температуре 911 °С обозначают при нагреве Ас₃, а при охлаждении Аr₃ . Критическую точку перехода γ α при температуре 1392 °С обозначают при нагреве Ас₄, а при охлаждении Аr₄.

Железо, как и другие чистые металлы, обладает низкой твёрдостью и прочностью, но высокой пластичностью и вязкостью. Железо со многими элементами образует твёрдые растворы, причём с металлами – твёрдые растворы замещения, с неметаллами, в том числе с углеродом, – твёрдые растворы внедрения.

Твёрдый раствор внедрения углерода в α -железе называют ферритом. Он имеет ОЦК решётку.

Твёрдый раствор внедрения углерода в γ -железе называют аустенитом. Он имеет ГЦК решётку.

Растворимость углерода в γ -железе больше, чем в α -железе.