Сплавы на основе железа
ЛЕКЦИЯ 7
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
Железо - серебристо-серый металл, принадлежащий к VIII группе периодической системы, имеет температуру плавления 1536ºС. Чистое лабораторное железо содержит не более 0,0001% (или 10-4%) примесей, технически чистое - около 0,1-0,15% примесей. Прочность технического железа невелика: σв = 250МПа при довольно высокой пластичности δ = 50% , ψ = 80%.
Железо в твердом состоянии может находиться в двух полиморфных модификациях: с ОЦК решеткой и ГЦК решеткой. Ниже 911°С и выше 1392°С устойчиво α -железо с ОЦК решеткой (обозначается Fe α). Высокотемпературную модификацию (выше 1392°С) α-железа иногда называют δ-железом, хотя оно не представляет собой новой кристаллической фазы.
В интервале температур 911-1392°С железо имеет модификацию γ-железо с ГЦК решеткой (обозначается Feγ ).
Кривая охлаждения железа фиксирует два полиморфных и одно магнитное превращение (рис.7.1). При магнитном превращении температурная остановка при 768°С (точка Кюри) связана не с перестройкой кристаллической решетки, а с внутриатомными изменениями внешних и внутренних электронных оболочек, которые и приводят к изменениям магнитных свойств.
Углерод принадлежит к IV группе периодической системы. Углерод встречается в природе в виде двух основных модификаций: алмаза и графита. Температура плавления графита 3500°С. Графит имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит - мягкий материал и обладает низкой прочностью. Прочность графита с увеличением температуры аномально растет: при 20°С σв = 20МПа, при 2500°С графит прочнее всех тугоплавких металлов. На этом основаны современные методы создания сверхпрочных материалов, упрочненных углеродными волокнами и графитовыми включениями.
Рис.7.1. Кривая охлаждения железа.
Углерод образует с железом твердые растворы внедрения. Растворимость углерода в железе зависит от его кристаллической решетки. Диаметр поры кристаллической решетки ОЦК значительно меньше, чем диаметр поры решетки ГЦК. Поэтому α-Fe способно растворять углерод в очень малом количестве, а растворимость углерода в γ-Fe существенно больше. При взаимодействии в твердом состоянии железо и углерод могут образовывать различные структурные составляющие.