Kognitiiviset tosiasiat kaikesta / muodostus / Rauta-hiili kaavio. Rauta-hiili-järjestelmän tilakaavio

Ferrosyklinen kaavio. Rauta-hiili-järjestelmän tilakaavio

Nykyaikaista rakentamista on vaikea kuvitellatekniikka, koneenrakennus ja muut tärkeät teollisuudenalat ilman teräksen ja valuraudan päämetalliseoksia. Niiden tuotanto ylittää kaikki muut kymmeniä kertoja.

Teräs ja valurauta tarkasteltunametallurgian tieteenä keskeinen kuva on rauta-hiili-seosten tilan kaavio, jonka avulla voit saada yksityiskohtaisia ideoita näiden materiaalien koostumuksesta ja rakenteellisista muutoksista. Ja myös tutustua niiden vaihekoostumukseen.

Discovery-historia

Ensimmäistä kertaa metalliseoksissa (teräkset ja valuraudat)on olemassa tiettyjä (erityisiä) kohtia, huomautti suuri metallurgi ja keksijä - Dmitri Konstantinovich Chernov (1868). Hän teki tärkeän löydön polymorfisista muutoksista ja on yksi rauta-hiili-vaihekaavion luojaista. Tšernovin mukaan näiden pisteiden sijainnilla kaaviossa on suora yhteys hiiliprosenttiin.

Ja mikä on mielenkiintoisinta, juuri tämän löydön hetkestä lähtien sellainen tiede kuin metallografia aloittaa elämänsä.

Rauta-hiiliseosten kaavio on useiden maailman maiden tutkijoiden huolellisen työn tulos. Kaikki kaavion pääkohdat ja vaiheet ovat kansainvälisiä.

Kaavion käsite

Graafinen esitys prosessissa, joka tapahtuumetalliseosta, jonka lämpötila, aineiden pitoisuus, paine muuttuvat, kutsutaan tilakaavioksi. Sen avulla voit nähdä visuaalisesti ja visuaalisesti kaikki metalliseoksissa tapahtuvat muutokset.

Rauta-hiili-kaavion elementit

Lyhyet tiedot kustakin näistä elementeistä.

Rauta on hopeanharmaa metalli. Ominaispaino - 7, 86 g / cm3. Sen sulamispiste on 1539 ° C.

Kun rauta ja muut metallit ovat vuorovaikutuksessa, muodostuu yhdisteitä, joita kutsutaan korvausliuoksiksi. Jos ei-metallien kanssa, esimerkiksi hiilen tai vedyn kanssa, niin väliliuosten kanssa.

Raudalla on kyky olla alun perinkiinteä, olla useissa tiloissa, joita metallitieteessä kutsutaan yleensä "alfaksi" ja "gammaksi". Tätä ominaisuutta kutsutaan polymorfismiksi. Tästä lisää myöhemmin artikkelissa.

Hiili on epämetalli. Jos se toimii grafiittina, sulamispiste on 3500 ° C.Jos timantti - 5000 ° C.Hiilen tiheys on 2,5 g / cm³... Sillä on myös polymorfisia ominaisuuksia.

Rauta-hiili-seoksissa tämä elementti muodostaa kiinteän liuoksen, joka sisältää ferriittiä nimeltä sementti (Fe₃C). Muodostaa myös grafiittia valuraudoissa.

Rauta-hiiliseoskaavio

Kaavion komponenttien vuorovaikutuksen tuloksena saadaan sementti - kemiallinen yhdiste.

Metallitieteen opiskelijat tutkivat kaaviota pääsääntöisesti kaikkia stabiileja yhdisteitä komponentteina ja itse graafista kuvaa tutkitaan osittain.

Lisäksi luokkahuoneessa rakennetaan jäähdytyskäyrä rauta-hiili-kaavion mukaisesti: valitaan hiiliprosentti ja sitten on määritettävä, mikä vaihe vastaa mitä kaavion lämpötilaa.

Tätä varten kaavion lisäksipiirrä koordinaattijärjestelmä (lämpötila-aika). Ja alkaen suurimmista asteista, siirry vähitellen alaspäin kuvaamalla käyrää ja siirtymävaiheita vaiheesta toiseen. Tässä tapauksessa on tarpeen nimetä ne ja ilmoittaa kidehilan tyyppi.

Seuraavaksi tarkastelemme yksityiskohtaisemmin rauta-hiili-tilakaavion erittäin graafista kuvaa.

Ensinnäkin sillä on kaksi muotoa (osaa):

rauta-sementti;
rauta-grafiitti.

Toiseksi seokset, joissa tärkeimmät "toimijat" ovat ferrum ja hiili, jaetaan perinteisesti seuraaviin:

tulla;
valuraudat.

Jos seoksen hiili on alle tai yhtä suuri kuin 2,14% (kaavion kohta E), tämä on terästä, jos yli 2,14%, se on valurautaa. Tästä syystä kaavio on jaettu kahteen vaiheeseen.

Polymorfiset muunnokset

Lisätietoja jokaisesta vaiheesta on alla artikkelissa. Lyhyesti sanottuna tärkeimmät muunnokset toteutetaan erityisissä lämpötiloissa.

Raudan tila on merkitty α-ferrumiksi (alle 911 ° C: n lämpötiloissa). Kidehila on tilavuuspintainen kuutio. Tai piilokopio. Tällaisen hilan atomien välinen etäisyys on melko suuri.

Rauta saa gamma-modifikaation, eli se on merkitty y-ferrumiksi (911-1392 ° C). Kidehila on kasvokeskeinen kuutio (FCC). Tässä hilassa atomien välinen etäisyys on pienempi kuin bcc: ssä.

Kun α-ferrum siirtyy γ-ferrumiksi, aineen tilavuusmuuttuu pienemmäksi. Syy tähän on kidehila - sen ulkonäkö. Koska fcc -hilalla on enemmän järjestetty atomitila kuin bcc -hila.

Jos siirtyminen suoritetaan vastakkaiseen suuntaan-γ-ferrumista α-ferrumiksi, seoksen tilavuus kasvaa.

Kun lämpötila saavuttaa 1392 ° C (muttavähemmän kuin raudan sulamispiste 1539 ° C), α-ferrum muuttuu δ-ferrumiksi, mutta tämä ei ole sen uusi muoto, vaan vain lajike. Lisäksi δ-ferrum on epävakaa rakenne.

Kaupallisesti puhtaan raudan ominaisuudet

Raudan magneettiset ominaisuudet eri lämpötiloissa:

alle 768 ° С - ferromagneettinen;
yli 768 ° C - paramagneettinen.

Ja lämpötilapistettä 768 ° C kutsutaan magneettisen muutoksen pisteeksi tai Curie -pisteeksi.

Kaupallisesti puhtaan raudan ominaisuudet:

kovuus - 80 HB;
väliaikainen vastus - 250 MPa;
saantopiste - 120 MPa;
venymä 50%;
suhteellinen kaventuminen - 80%;
korkea kimmoisuusmoduuli.

Rauta karbidi

Graafinen näkymä rauta-hiili-kaavion komponenttiosasta: Fe3C. Aineen nimi on rautakarbidi tai sementti. Sille on tunnusomaista:

Hiilipitoisuus on 6,67%.
Ominaispaino on 7,82%.
Kidehilalla on rombinen muoto, joka koostuu oktaedreista.
Sulaminen tapahtuu noin 1260 ° C: n lämpötilassa.
Alhaiset ferromagneettiset ominaisuudet alhaisissa lämpötiloissa.
Kovuus - 800 HB.
Muovisuus on käytännössä nolla.
Rautakarbidi muodostaa kiinteitä liuoksiasubstituutiot, joissa hiiliatomit korvataan epämetalliatomeilla (typpi) ja rauta -atomit - metalleilla (kromi, volframi, mangaani). Tätä kiinteää koostumusta kutsutaan seostetuksi.

Kuten edellä todettiin, sementti onepävakaa vaihe ja grafiitti on vakaa. Koska ensimmäinen aine on epävakaa yhdiste, se hajoaa tietyissä lämpötilaolosuhteissa.

Rauta-hiili-kaavio sisältää seuraavat tilat:

nestefaasi;
ferriitti;
austeniitti;
sementti;
grafiitti;
perliitti;
ledeburite.

Tarkastellaan kutakin niistä yksityiskohtaisesti.

Nestemäinen vaihe

Ferrum nestemäisessä tilassa liuottaa hiilen hyvin. Tämä riippumatta siitä, kuinka suuri osuus niistä on prosentteina. Tuloksena on homogeeninen nestemäinen massa.

Ferriitti

Se on vankka ratkaisu hiilen lisäämiseena-ferrum. Myös pieni määrä epäpuhtauksia voi olla mukana. Mutta ferriitillä on lähes samat ominaisuudet kuin puhtaalla raudalla. Jos katsot rakennetta mikroskoopin alla, näet vaalean sävyn monikulmaiset jyvät.

Se tapahtuu:

matala lämpötila (727 ° C: n lämpötilassa hiilen liukoisuus on 0,02%);
korkeassa lämpötilassa (1499 ° C: ssa, hiilen liukoisuus on 0,1%) tai sitä kutsutaan δ-ferrumiksi.

Ferriitin ominaisuudet:

kovuus - 80-120 HB;
väliaikainen vastus - 300 MPa;
venymä - 50%;
on hyvät magneettiset ominaisuudet (jopa 768 ° C lämpötilaan).

Austeniitti

Se on vankka ratkaisu hiilen lisäämiseeny-ferrum. Myös epäpuhtauksia voi olla pieni määrä. Kidehilassa hiili sijaitsee fcc -solun keskellä. Kun austeniitin rakennetta tarkastellaan mikroskoopin alla, se näkyy monikerroksisina kevyinä jyvinä, joissa on kaksoset.

Sillä on seuraavat ominaisuudet:

Hiilen liukoisuus y-ferrumiin on 2,14% (1147 ° C: n lämpötilassa).
Austeniitin kovuus 180 HB;
Venymä - 40-50%;
Hyvät paramagneettiset ominaisuudet.

Sementti ja sen muodot

Läsnä seuraavissa vaiheissa: Ts1, Ts2, Ts3 (ensisijainen, toissijainen ja tertiäärinen sementti).

Mitä tulee näiden kolmen tilan fysikaalis -kemiallisiin indikaattoreihin, ne ovat suunnilleen yhtä suuret. Mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttavat hiukkasten koko, määrä ja sijainti.

Kaavio osoittaa myös, että:

C1 muodostuu nestemäisestä tilasta (mikroskoopin alla se näkyy suurina levyinä);
C2 - austeniitista (sijaitsee sen jyvien ympärillä ruudukon muodossa);
C3 - ferriitistä (sijaitsee ferriittirakeiden rajoilla pienten hiukkasten muodossa).

Perliitti ja ledeburiitti

Ferriitin ja sementin seosta kutsutaan perliitiksi. Se muodostuu austeniitin hajoamisen aikana (alle 727 ° C: n lämpötiloissa). Suurennettuna tämä rakenne on levyjen tai jyvien muodossa.

Kun lämpötila laskee asteittain, perliittiä esiintyy kaikissa seoksissa, joiden hiilipitoisuus on 0,02-6,67%.

Ledeburiitti on austeniitin ja sementin seos. Se muodostuu nestefaasista, kun se jäähdytetään alle 1147 ° C: n lämpötilaan.

Valurauta

Seokset rauta-hiili -kaaviossasisältävät yli 2,14% hiiltä, kutsutaan valuraudoiksi. Ne ovat erittäin hauraita. Tällaisen valuraudan poikkileikkauksella on vaalea sävy, ja siksi sitä kutsutaan valkoiseksi valurautaksi.

Kaaviossa tämä on piste C, jota kutsutaan eutektiseksi,vastaavalla hiilipitoisuudella 4,3%. Kiteytyminen muodostaa austeniitin ja sementin seoksen, jota kutsutaan yhdessä ledeburiitiksi. Vaihekoostumus on vakio.

Kun hiilipitoisuus on alle 4,3%(hypoeutektinen valurauta) kiteytymisen aikana, austeniittia vapautuu liuoksesta. Lisäksi C2 erottuu siitä. Ja 727 ° C: ssa austeniitti muuttuu perliitiksi. Tällaisen valuraudan rakenteellinen tila on seuraava: suuret alueet tumman väristä perliittiä.

Vuonna hypereutectic valkoinen valurauta (hiiltä enemmän4,3%) jäähdytettäessä muodostuu C1 -kiteitä. Muunnokset suoritetaan jo kiinteässä tilassa. Rakenne on ledeburite, joka on taustana tummien sävyjen perliittikentille. Ja suuret saumat ovat C1.