Sunku įsivaizduoti šiuolaikinę statybątechnologijos, mechaninės inžinerijos ir kitose svarbiose pramonės šakose nenaudojant pagrindinių plieno ir ketaus lydinių. Jų gamyba dešimtys kartų viršija visas kitas.
Atsižvelgiant į plieną ir ketątoks mokslas kaip metalurgija, centrinė figūra yra geležies-anglies lydinių būklės diagrama, leidžianti gauti išsamią idėją apie šių medžiagų sudėtį ir struktūrinius virsmus. Taip pat susipažinti su jų fazine kompozicija.
Istorija atradimo
Pirmą kartą lydiniuose (plienas ir ketaus)yra tam tikrų (specialių) taškų, atkreipė dėmesį didysis metalurgas ir išradėjas - Dmitrijus Konstantinovičius Černovas (1868). Tai jis padarė svarbų atradimą apie polimorfines transformacijas ir yra vienas iš geležies-anglies fazių diagramos kūrėjų. Pasak Černovo, šių taškų padėtis diagramoje turi tiesioginį ryšį su anglies procentais.
Ir kas įdomiausia, būtent nuo šio atradimo momento toks mokslas kaip metalografija pradeda savo gyvenimą.
Geležies ir anglies lydinių diagrama yra kruopštaus mokslininkų iš kelių pasaulio šalių rezultatas. Visi raidės pagrindiniams taškams ir fazėms diagramoje yra tarptautiniai.
Diagramos samprata
2007 m. Vykstančių procesų grafinis vaizdavimaslydinys, pasikeitus temperatūrai, medžiagų koncentracijai, slėgiui, vadinamas būsenos diagrama. Tai leidžia vizualiai ir vizualiai pamatyti visas transformacijas, vykstančias lydiniuose.
Geležies-anglies diagramos elementai
Trumpa informacija apie kiekvieną iš šių elementų.
Geležis yra sidabriškai pilkas metalas. Savitasis svoris - 7, 86 g / cm3. Jo lydymosi temperatūra yra 1539 ° C.
Kai sąveikauja geležis ir kiti metalai, susidaro junginiai, vadinami pakaitiniais tirpalais. Jei su nemetalais, pavyzdžiui, su anglimi ar vandeniliu, tada su intersticiniais tirpalais.
Geležis turi galimybę būti iš pradžiųkietas, būti keliose būsenose, kurios metalo moksle paprastai vadinamos „alfa“ ir „gama“. Ši savybė vadinama polimorfizmu. Daugiau apie tai vėliau straipsnyje.
Anglis yra nemetalas. Jei jis veikia kaip grafitas, tada lydymosi temperatūra yra 3500 ° C. Jei kaip deimantas - 5000 ° C. Anglies tankis yra 2,5 g / cm3... Jis taip pat turi polimorfines savybes.
Geležies-anglies lydiniuose šis elementas sudaro kietą tirpalą, kuriame yra ferumo, vadinamo cementitu (Fe3C). Taip pat formuoja grafitą ketuose.
Geležies ir anglies lydinio diagrama
Dėl diagramos komponentų sąveikos tarpusavyje gaunamas cementitas - cheminis junginys.
Paprastai, nagrinėjant metalo mokslo studentų diagramą, visi stabilūs junginiai laikomi komponentais, o pats grafinis vaizdas nagrinėjamas dalimis.
Be to, klasėje pagal geležies-anglies diagramą sukuriama aušinimo kreivė: parenkamas anglies procentas, tada reikia nustatyti, kuri fazė atitinka kurią temperatūrą diagramoje.
Tam, be pačios diagramos,nubrėžti koordinačių sistemą (temperatūra-laikas). Pradėdami nuo didžiausių laipsnių, palaipsniui judėkite žemyn, vaizduodami kreivę ir perėjimo iš vienos fazės į kitą atkarpas. Tokiu atveju būtina juos įvardyti ir nurodyti krištolo gardelės tipą.
Toliau mes išsamiau apsvarstysime labai grafinį geležies-anglies būsenos diagramos vaizdą.
Pirma, jis turi dvi formas (dalis):
- geležies cementitas;
- geležies-grafito.
Antra, lydiniai, kuriuose pagrindiniai „veikėjai“ yra ferumas ir anglis, paprastai skirstomi į:
- tapti;
- ketaus.
Jei lydinio anglis yra mažesnė arba lygi 2,14% (diagramos E taškas), tai yra plienas, jei daugiau nei 2,14%, tai ketaus. Dėl šios priežasties diagrama yra padalinta į dvi fazes.
Polimorfinės transformacijos
Išsamesnė informacija apie kiekvieną etapą pateikiama straipsnyje. Trumpai tariant, pagrindinių transformacijų įgyvendinimas vyksta esant specialiai temperatūrai.
Geležies būsena žymima kaip α-ferrum (esant žemesnei nei 911 ° C temperatūrai). Krištolinė grotelė yra tūrinis kubas, nukreiptas į veidą. Arba nematoma kopija. Atstumas tarp tokios grotelės atomų yra gana didelis.
Geležis įgyja gama modifikaciją, tai yra, ji žymima kaip γ-ferrum (911-1392 ° C). Krištolinė grotelė yra į veidą nukreiptas kubas (FCC). Šioje grotelėje atstumas tarp atomų yra mažesnis nei bcc.
Perėjus nuo α-ferrum prie γ-ferrum, medžiagos tūristampa mažesnis. To priežastis yra krištolo grotelės - jos išvaizda. Kadangi fcc grotelės atominės būsena yra labiau sutvarkyta nei bcc grotelės.
Jei perėjimas atliekamas priešinga kryptimi - nuo γ-ferrum iki α-ferrum, tada lydinio tūris padidėja.
Kai temperatūra pasiekia 1392 ° C (betmažesnė nei geležies lydymosi temperatūra 1539 ° C), tada α-ferrum virsta δ-ferrum, tačiau tai nėra jos nauja forma, o tik įvairovė. Be to, δ-ferrum yra nestabili struktūra.
Komerciškai grynos geležies savybės
Geležies magnetinės savybės esant skirtingai temperatūrai:
- žemesnė nei 768 ° C - feromagnetinė;
- daugiau nei 768 ° C - paramagnetinis.
768 ° C temperatūros taškas vadinamas magnetinio virsmo tašku arba Curie tašku.
Techninės gryno geležies savybės:
- kietumas - 80 HB;
- laikinas pasipriešinimas - 250 MPa;
- išeigos taškas - 120 MPa;
- pailgėjimas 50%;
- santykinis susiaurėjimas - 80%;
- didelis elastingumo modulis.
Geležies karbidas
Geležies-anglies diagramos komponento grafinis vaizdas: Fe3C. Medžiaga vadinama geležies karbidu arba cementitu. Jam būdinga:
- Anglies kiekis yra 6,67%.
- Savitasis svoris yra 7,82%.
- Krištolinė grotelė turi rombinę formą, susidedančią iš oktaedrų.
- Tirpsta ~ 1260 ° C temperatūroje.
- Žemos feromagnetinės savybės esant žemai temperatūrai.
- Kietumas - 800 HB.
- Plastiškumas praktiškai nulis.
- Geležies karbidas sudaro kietus tirpaluspakaitalai, kuriuose anglies atomus pakeičia nemetalų atomai (azotas), o geležies atomus - metalai (chromas, volframas, manganas). Ši tvirta kompozicija vadinama legiruota.
Kaip minėta pirmiau, cementitas yranestabili fazė, o grafitas yra stabilus. Kadangi pirmoji medžiaga yra nestabilus junginys, ji suyra esant tam tikroms temperatūros sąlygoms.
Geležies-anglies diagramoje yra šios būsenos:
- skysčio fazė;
- feritas;
- austenitas;
- cementitas;
- grafitas;
- perlitas;
- ledeburitas.
Apsvarstykime kiekvieną iš jų išsamiai.
Skystoji fazė
Ferrum skystoje būsenoje gerai ištirpdo anglį. Tai neatsižvelgiama į tai, kokia jų dalis procentais. Rezultatas yra vienalytė skysčio masė.
Feritas
Tai tvirtas anglies įleidimo į vandenį sprendimasα-ferrum. Taip pat gali būti nedidelis priemaišų kiekis. Bet feritas turi beveik tas pačias savybes kaip ir grynas geležis. Pažvelgus į struktūrą mikroskopu, galima pamatyti šviesos tono daugiakampius grūdelius.
Tai atsitinka:
- žemos temperatūros (esant 727 ° C temperatūrai anglies tirpumas yra 0,02%);
- aukštos temperatūros (esant 1499 ° C, anglies tirpumas yra 0,1%), arba ji vadinama δ-ferrum.
Ferito savybės:
- kietumas - 80-120 HB;
- laikinas pasipriešinimas - 300 MPa;
- pailgėjimas - 50%;
- pasižymi geromis magnetinėmis savybėmis (iki 768 ° C temperatūros).
Austenitas
Tai tvirtas anglies įleidimo į vandenį sprendimasγ-ferrum. Taip pat gali būti nedidelis priemaišų kiekis. Kristalinėje gardelėje anglis yra fcc ląstelės centre. Nagrinėjant austenito struktūrą mikroskopu, jis matomas kaip daugiakampės formos šviesūs grūdeliai su dvyniais.
Turi šias savybes:
- Anglies tirpumas γ-ferrume yra 2,14% (esant 1147 ° C temperatūrai).
- Austenito kietumas 180 HB;
- Pailgėjimas - 40-50%;
- Geros paramagnetinės savybės.
Cementitas ir jo formos
Yra tokiose fazėse: Ts1, Ts2, Ts3 (pirminis, antrinis ir tretinis cementitas).
Kalbant apie šių trijų būsenų fizikocheminius rodiklius, jie yra maždaug vienodi. Mechaninėms savybėms įtakos turi dalelių dydis, jų skaičius ir vieta.
Diagrama taip pat rodo, kad:
- C1 susidaro iš skystos būsenos (mikroskopu jis matomas kaip didelės plokštelės);
- C2 - iš austenito (esančio aplink jo grūdelius tinklelio pavidalu);
- C3 - iš ferito (esančio ferito grūdelių ribose mažų dalelių pavidalu).
Perlitas ir Ledeburitas
Ferito ir cementito mišinys vadinamas perliitu. Jis susidaro skaidant austenitą (esant žemesnei nei 727 ° C temperatūrai). Padidinus, ši struktūra yra plokščių ar grūdelių pavidalu.
Palaipsniui mažėjant temperatūrai, perlito yra visuose lydiniuose, kurių anglies kiekis yra 0,02-6,67%.
Ledeburitas yra austenito ir cementito mišinys. Jis susidaro iš skystos fazės atvėsus iki žemesnės nei 1147 ° C temperatūros.
Ketaus
Lydiniai geležies-anglies diagramojeyra daugiau nei 2,14% anglies, vadinamos ketomis. Jie yra labai trapūs. Tokio ketaus skerspjūvis turi šviesų toną, todėl jis vadinamas baltuoju ketu.
Diagramoje tai taškas C, vadinamas eutektiniu,kurio atitinkamas anglies kiekis yra 4,3%. Kristalizacijos metu susidaro austenito ir cementito mišinys, bendrai vadinamas ledeburitu. Fazių sudėtis yra pastovi.
Kai anglies koncentracija yra mažesnė nei 4,3%(hipoeutektinis ketaus) kristalizacijos metu iš tirpalo išsiskiria austenitas. Be to, iš jo išsiskiria Ts2. 727 ° C temperatūroje austenitas virsta perliitu. Tokio ketaus konstrukcinė būsena yra tokia: dideli tamsios spalvos perlito plotai.
Hipereutektinio baltojo ketaus (anglies daugiau4,3%) atvėsus, susiformuoja susidarant Ts1 kristalams. Tolesnės transformacijos atliekamos jau esant kietai būsenai. Struktūra yra ledeburitas, kuris yra tamsaus tono perlito laukų fonas. Didelės siūlės yra C1.
Išvados
Absoliučios fizinės ir cheminės pusiausvyros pasiekti neįmanoma, išskyrus specialias laboratorines sąlygas.
Praktiškai pusiausvyra gali būti artimaabsoliutus, tačiau esant tam tikroms sąlygoms: pakanka lėto lydinio temperatūros padidėjimo ar sumažėjimo, kuris išliks ilgą laiką.
