углерод и железо

Ответ от ??? Михайловна ???[гуру]
Сплавы железа. Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны
Сплавляя железо с углеродом и варьируя содержание компонентов, получают сплавы с различными структурой и свойствами.
Сплавы, в которых углерода менее 0,02%, называются технически чистым железом (армко-железо). Техническое железо имеет высокую магнитную проницаемость ( m= 4500 Гс/Э). Оно является электротехническим магнитно-мягким материалом (марки Э, ЭА, ЭАА) и применяется для сердечников, полюсных наконечников, электромагнитов, пластин аккумуляторов.
Железоуглеродистые сплавы - сплавы железа Fe (основной компонент) с углеродом С. Различают чистые железоуглеродистые сплавы (со следами примесей), получаемые в небольших количествах для исследовательских целей, и технические железоуглеродистые сплавы, содержащие примеси, легирующие элементы и специальные добавки.
В зависимости от содержания углерода эти славы делятся на стали и чугуны.
Сталь — железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится до 2%.
Сталь обладает высокой прочностью и твердостью, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам. Сталь можно ковать, прокатывать, легко обрабатывать на металлорежущих станках. Стальные изделия хорошо свариваются.
Чугун — железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2%. В технике наибольшее применение получили чугуны, имеющие от 2,4 до 3,8% углерода .
Чугун более хрупок, чем сталь, он хуже сваривается, но обладает лучшими литейными свойствами. Поэтому изделия из чугуна получают исключительно литьем. Большая часть чугуна идет на переплавку в сталь.
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и их свойства.
Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочностиσВ=250 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение δ=50%).
Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 °С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 °С).
В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).
Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа ), содержит 6,67 % углерода .
Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.
В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.
Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
Феррит (Ф) Feα (C) – твердый раствор внедрения углерода в α-железо.
Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочностиσВ=300 МПа) и пластичен (относительное удлинение δ=30%), магнитен до 768oС.
Аустенит (А) Feγ (С) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо.
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение δ=40…50%), парамагнитен.
С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости.