Аустенит — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа

Ниже температуры 912 °С железо называют ферритом или альфа-железом. Атомы в феррите организованы в объемноцентрированную (ОЦК) кристаллическую структуру. Выше 912 °С железо называют аустенитом или гамма-железом.

Атомы в аустените организованы в гранецентрированную (ГЦК) кристаллическую структуру. Нагрев феррита до 912 °С приводит к образованию мельчайших зерен аустенита на границах ферритных зерен. Дальнейший нагрев приводит к росту этих новых аустенитных зерен с полной заменой старых ферритных зерен на новые аустенитные — происходят превращения в железе.

При охлаждении ниже температуры 912 °С  в железе происходят превращения такого же типа, только в обратном направлении – зерна феррита заменяют аустенитные зерна.   

Превращение феррита в аустенит

Если чистое железо нагреть до температуры 912 °С, то в нем происходят некие «чудесные» превращения: кристаллическая структура железа спонтанно превращается из объемноцетрированной кубической (ОЦК) в  гранецентрированную кубическую (ГЦК). Эти обе структуры железа показаны на рисунках 1 и 2.

Как и говорят их названия, в (ОЦК)-структуре атомы находятся по углам куба и в его центре, а в (ГЦК)-структуре – по углам куба и в центре из каждой из шести граней куба. Как и низкотемпературная (ОЦК)-структура, (ОЦК)-структура имеет два названия: аустенит и гамма-железо (γ-железо).

Буква γ – третья буква в греческом алфавите.

  • Аустенит - высокотемпературная гранецентрированная модификация железа
  • Рисунок 1 — Объемноцентрированная кубическая (ОЦК)
    кристаллическая решетка феррита
  • Аустенит - высокотемпературная гранецентрированная модификация железаРисунок 2 — Гранецентрированная кубическая (ГЦК)
    кристаллическая решетка аустенита

Бета-железо

Есть в превращении железа и свои загадки. Где бета-железо (β-железо), по второй букве греческого алфавита? Ответ такой: раньше такое железо «было», а сейчас – его уже нет.

Дело в том, что когда ученые открыли структуру железа в конце 19-го века, из-за магнитного перехода железа при 770 °С, они решили, что существует еще одно превращение железа: из альфа-железа в бета-железо.

Потом оказалось, что это была ошибка (и так бывает у ученых!), и β-железо просто «отменили».

Превращение ферритных зерен в аустенитные

Когда ферритное железо нагревают до температуры 912 °С, старый состав ферритных зерен изменяется  в новый состав зерен, уже аустенитных — в железе происходит превращение.

Представьте, что ферритная зеренная структура только что достигла температуры превращения. Сначала мы видим образование новых, очень мелких аустенитных зерен, которые накладываются на старые границы ферритных зерен. Потом эти зерна растут, пока все старые ферритные зерна не исчезнут.

При превращении феррита в аустенит происходит два важных явления:

1)      Также как и при превращении  льда в воду, превращение железе из феррита в аустенит требует тепловой энергии. Поэтому при нагреве температура железа будет оставаться при температуре около 912 °С, пока все ферритные зерна не превратятся в аустенитные.

2)      При превращении феррита в аустенит происходят объемные изменения. Плотность аустенита на 2 % выше, чем феррита, что означает, что атом аустенита занимает меньший объем, чем атом феррита.

Все превращения в железе, которые происходят при его нагреве, изображены схематически на рисунке 3.

Аустенит - высокотемпературная гранецентрированная модификация железаРисунок 3

Эксперименты с превращениями в железе

Два простых эксперимента наглядно демонстрируют фазовые превращения в железе.

Эксперимент №1. Нагреть железный пруток до температуры выше 770 °С и подвесить его охлаждаться на воздухе. Поднести к прутку магнит. Когда температура достигнет 770 °С, горячий пруток начнет притягиваться к магниту. Как показывает диаграмма на рисунке 4 феррит (альфа-железо) является магнитным только ниже 770 °С, аустенит (гамма-железо) никогда не бывает магнитным.

Эксперимент №2. Железную проволоку натянуть горизонтально между двумя электрическими изоляторами на расстоянии около 1 м. Подвесить небольшой груз в центре проволоки. Пропустить через проволоку электрический ток так, чтобы нагреть проволоку выше 912 °С – до оранжево-желтого цвета.

Поднимать напряжение нужно медленно с помощью источника тока с переменной мощностью. Когда проволока нагреется, она удлинится и груз немного опустится. После этого нужно отключить от проволоки напряжение и наблюдать ее охлаждение в затемненной комнате.

При достижении проволокой температуры 912 °С можно наблюдать два явления:
1)    Когда проволока будет охлаждаться, будет происходить уменьшение ее длины, и грузик начнет подниматься.

Однако при 912 °С будет наблюдаться временное опускание груза: как раз в то время, когда аустенит перейдет в феррит с меньшей плотностью и от этого проволока немного удлинится.

2)    Тепло, которое выделяется при превращении аустенита в феррит, будет приводить к видимому мерцанию цвета нагретой проволоки.

Источник: http://steel-guide.ru/metallografiya-stali/prevrashheniya-v-chistom-zheleze-ferrit-i-austenit.html

ПОИСК

Рис. 58. Полиморфные модификации железа Аустенит - высокотемпературная гранецентрированная модификация железа

    Железо полиморфно и в зависимости от температуры существует в четырех аллотропических формах (модификациях), связанных обратимыми переходами  [c.39]

    В чем различие свойств а- и у-модификаций железа и какое значение это имеет для производства  [c.53]

    Модификации железа различаются типом кристаллической решетки, удельным объемом, теплоемкостью, магнитными и механическими свойствами и растворимостью в них углерода (табл. 3.1). [c.39]

    Железо имеет четыре модификации (рис. 235). До 770 С устойчиво a-Fe с объемноцентрированной кубической решеткой и ферромагнитными свойствами. При 770 С a-Fe переходит в P-Fe у него исчезают ферромагнитные свойства и Железо становится парамагнитным, но кристаллическая структура его с/щественно не изменяется.

При 912°С происходит полиморфное превращение, при котором изменяется структура кристалла из объемноцентрированной переходит в гранецентрированную кубическую структуру y-Fe, а металл остается парамагнитным.

При 1394°С происходит новый полиморфный переход и сЗразуется б-Fe с объемноцентрированной кубической решеткой, которое существует вплоть до температуры плавления железа (1539°С). [c.582]

    Правилами ШРАС/ШВ [12] приняты английские трехбуквенные сокращения тривиальных названий аминокислот, начинающиеся с прописной буквы Gly, Ala, Туг и т. д. (применяемые либо для всей молекулы аминокислоты, либо для ее радикала) особенно часто такие сокращения применяются для описания аминокислотной последовательности в пептидах и белках.

Разрешена также [13] и однобуквенная система сокращений, но она применяется гораздо реже. Имеются также правила номенклатуры, касающиеся часто применяемых сокращений для синтетических пептидов [14], для синтетических модификаций природных пептидов [15], пептидных гормонов [16] и белков, содержащих железо и серу [17]. [c.

187]

    Модификацией синтеза Фишера—Тропша является так называемый жидкофазный ли пенный процесс, в котором в качестве катализатора используют тонкий железный порошок, замешанный в виде шлама в масле синтез-газ барботирует через слой катализатора.

Для приготовления катализатора полученную сжиганием карбонила железа в токе кислорода красную окись железа пропитывают карбонатом или боратом калия, формуют в кубики и выдерживают их в токе водорода до восстановления примерно /з присутствующей окиси. Карбонат или борат берут в таком количестве, чтобы, в готовом катализаторе на 1 часть железа приходилась 1 часть К2О.

Полученный катализатор тонко размалывают в масле в атмосфере углекислоты. На 1 масла в пасте должно быть 150—300 кг железа. [c.117]

    Железо имеет несколько полиморфных модификаций, отличающихся расположением атомов в кристалле. При нормальных условиях стабильна модификация железа, отличающаяся сильным магнетизмом. Будучи нагретым до 769 °С, железо теряет ферромагнитные свойства и при дальнейших превращениях остается немагнитным вплоть до температуры плавления 1539 °С. Кипит расплавленное железо при температуре около 3200 °С. [c.156]

    Левая часть диаграммы (до точки Е) описывает превращения, происходящие в сталях, то есть в сплавах с содержанием углерода до 2,14%. Правая часть — превращения, происходящие в чугунах — сплавах с содержанием углерода от 2,14 до 6,67%.

Так как цементит (карбид железа РедС) представляет собой как химическое соединение самостоятельный компонент системы, диаграмма состояния ограничивается этим содержанием углерода. К тому же, сплавы, содержащие более 6,67% углерода, практического значения не имеют.

Читайте также:  Листогибы: видео, классификация, виды, чертежи, марки

Таким образом, в диаграмме левая ордината характеризует чистое железо в а-модифика-ции до точки О и в у-модификации в интервале точек О и А. Правая ордината соответствует цементиту. [c.41]

    По содержанию углерода черные металлы делят на две основные группы стали, (менее 2,14% С) и чугуны (более 2,14% С). Так как это количественное различие связано с особенностями модификаций железа и структурой металла (см. 3.1), подобная классификация является естественной классификацией. [c.43]

    В каких модификациях может существовать металлическое железо  [c.53]

    Уже в 1819 г. Дюлонг и Пти установили, что молярная теплоемкость многих твердых веществ равна —26 Дж-моль- -К .

Впрочем, известно и немало веществ, теплоемкость которых существенно отклоняется от указанного значения, что можно объяснить только с привлечением квантовой механики (гл. 3).

Изменение теплоемкости происходит также вблизи температур перехода вещества из одной модификации в другую (например, вблизи точки Кюри железа 1045 К, когда ферромагнитное железо переходит в парамагнитное). [c.23]

    Применение методов высокотемпературной рентгенографии для изучения полиморфизма железа позволило получить ряд принципиальных результатов.

Только с его помощью удалось показать, что кристаллические структуры а- и -модификаций аналогичны, что превращение Р- в у-модификацию заключается в перестройке ОЦК структуры в ГЦК структуру, что б-модификация железа, так же как а- и р-модификации, обладает ОЦК структурой (Вест-грен, 1921 г.). . [c.162]

    Наибольшее применение в порошковой металлургии углерод в модификации графита нашел применение в конструкционных, триботехнических (антифрикционных, фрикционных) и электротехнических материалах. Такие материалы хорошо известны железо-графит, бронза-графит, медь-графит и др. Годовое потребление графита для этих нужд по республике Беларуси составляет около 10 тонн. [c.100]

    Твердое железо обладает способностью растворять в себе многие элементы. В частности, растворяется в железе и углерод. Его растворимость си.льно зависит от кристаллической модификации железа и от температуры.

Углерод растворяется в 7-железе гораздо лучше, чем в других полиморфных модификациях железа. Раствор углерода в 7-железе термодинамически устойчив в более широком интервале температур, чем чистое 7-железо.

Твердый раствор углерода в а-, /3-, 5-железе называется ферритом, твердый раствор углерода в 7-железе — аустенитом. [c.618]

    Аустенит представляет собой фазу внедрения атомов углерода между атомами железа в гранецентрированной кубической решетке 7-железа (рис. 32,1).

Но в связи с большим значением параметра кристаллической решетки 7-железа, чем у его остальных модификаций, углерода содержится значительно больше (до 2,14% (масс.)).

Атомы углерода располагаются в центре куба и посередине ребер элементарной ячейки. [c.618]

    Диаграмма состояния системы Fe—С сложнее, чем рассмотренные ранее основные типы диаграмм состояния металлических систем. Однако все ее точки, кривые и области подобны тем, которые были описаны в разд. 12.2.

Особенности ее обусловлены уже упомянутыми обстоятельствами существованием двух модификаций кристаллического железа, способностью этих модификаций образовывать твердые растворы с углеродом, способностью железа вступать в химическое соединение с углеродом, образуя цементит. [c.619]

    Наименьшую величину ПР имеет 2п8. Поэтому он может быть осажден не только в слабощелочной и нейтральной, но и в слабокислой среде с рН 2.

Сульфид никеля известен в виде трех (а, р и 7), а сульфид кобальта в виде двух (аи 3) модификаций, отличающихся своей растворимостью.

Свежеосажденные сульфиды а-модификации более растворимы, но при стоянии сравнительно быстро переходят в менее растворимые формы. Поэтому сульфиды марганца, железа и цинка легко растворяются в разбавленных [c.258]

    Железо существует в четырех модификациях а, Р, у, б. Низкотемпературная ферромагнитная -модификация железа устойчива вплоть до температуры 768 °С и имеет кубическую объемно-центрированную структуру. Параметр решетки при 20 °С равен [c.162]

    А. Выше температуры 768 °С железо теряет ферромагнитные свойства и переходит в немагнитную модификацию р.

Эта модификация устойчива до температуры 916 °С, выше которой образуется у-модификация с кубической гранецентрированной структурой.

Она устойчива до 1392 °С, а выше этой температуры 7-модификация трансформируется в б-модификацию с кубической объемно-центрированной структурой. [c.162]

    Еще более сильное взаимодействие между атомами металлов приводит к образованию растворов не только в жидком, но и в твердом состоянии.

При кристаллизации жидкого раствора из расплава выпадают кристаллы твердого раствора двух или более металлов и сплав получается гомогенным.

Такими сплавами являются, например, нержавеюихие или жаропрочные стали, содержащие хром, никель и другие компоненты в-небольших концентрациях, растворенные в железе ( -модификация). Образование сплавов этого типа также будет рассмотрено подробно. [c.270]

    Структуры полиморфных модификаций отличаются друг от друга по координационным числам. Примером может служить полиморфизм хлористого аммония. Одна из модификаций кристаллизуется в структурном типе s l (к. ч.

8), вторая — в структурном типе Na l (к. ч. 6). К этому же типу относятся структуры — и -железа ( -модификация имеет к. ч. 8, -)[—12) и, конечно, полиморфизм углерода — алмаз и графит. [c.

217]

    Триполифосфат хрома СгИгРзОю получается при нагревании растворов с X = 4 -ь 8 до 200—300° С. Существует в трех модификациях, из которых I и II изоморфны аналогичным соединениям алюминия и железа, alli модификация новая. Исходя из модификации III как затравки, была получена изоморфная соль железа.

Модификации I и III очень гигроскопичны и всегда гидратированы. Их дегидратация обратима. Модификация II безводная. Модификация I образует пластинки с прямым погасанием модификация II — призмы моноклинного облика модификация III — удлиненные пластинки с косым погасанием [65]. [c.

38]

    Катализатор Стандард Ойл Дэвэлоимент Компани , известный под названием катализатор 1707 , имеет следующий состав 72,4 М 0 — 18,4 ГоаО., —4,6 СиО —4,6 КдО [37 .

В лабораторных опытах с этим катализатором из чистых и-бутепов были получены предельные выходы бутадиена порядка 85% при 20%-ной конверсии и 72% при 40%-ной конверсии. Одиако во время заводских опытов с менее чистым бутеновым сырьем была достигнута более низкая избирательность (от 70 до 80% при конверсии 20—25%).

Активным дегидрирующим компонентом катализатора является железо. Предполагается, что медь в какой-то мере также способствует повышению активности катализатора и служит также стабилизатором. Калий, присутствующий, по-видимому, в виде КаСОд, является промотором и способствует взаимодействию отложившегося кокса с паром.

Применение в качестве промотора гидроокиси калия является большим достижением, так как по своему промотирующему де -ствию она намного превосходит гидроокиси натрия, лития, кальция и других металлов, ранее использовавшихся в катализаторах.

Сравнимых результатов можно достичь только путем применения очень дорогих рубидиевых и цезиевых промоторов. Во время работы катализатора содержание промотора снижается, однако количество его можно восполнить подачей с сырьем или водяным паром раствора К СОд.

В настоящее время в литературе описаны многочисленные модификации катализатора 1707 [37]. Лабораторные опыты показывают, что вместо железа в катализаторе могут быть использованы марганец или кобальт, а вместо -окиси магния — окиси цинка, бериллия или циркония. Окись цинка, [c.202]

    Чистое железо кристаллизуется в виде трех модификаций а, ( и 8, каждая из которых устойчива в своем интервале температур. Твердые растворы углерода в этих модификациях называются соответственно а-феррит, аустенит и оч )еррит.

Модификации а и S обладают одинаковой кубической пространственно центрированной решеткой и представляют собой, строго говоря, одну фазу модификация 7 является кубической гранецентрированной решеткой.

Последний тип решетки допускает значительно большую растворимость углерода. [c.415]

    Твердое железо обладает способностью растворять в себе многие элементы. В частности, растворяется в железе и уг [ерод. Его растворимость сильно зависит от кристаллической модификации >р елеза и от температуры.

В а-железе углерод растворяется очень незначительно, в -у-железе — гораздо лучше. Раствор в ужелезе термодинамически устойчив в более Н1и-роком ипте])вале температур, чем чистое ужелгзо.

Твердый раствор углерода в а-железе называется ферритом, твердый раствор углерода в у-железе — аустепитом. [c.674]

    Диаграмма состояния системы Ре—С сложнее, чем рассмотренные в главе XVI основные типы диаграмм состояния металлических систем. Однако все ее точки, кривые и области подобны тем, которые были описаны в 195. Особенности ее обусловлены уже упомянутыми обстоятельствами сущестрованием двух модификаций кристаллического железа, способностью обеих этих моди( )икацнй [c.675]

    В каких же с.дучаях поверхностные пленки являются устойчивыми, удерживаются на поверхности, образуя плотный слой, и обладают в соответствии с этим защитными свойствами Несомненно, что здесь играют роль многие факторы, и в разных системах различные из них могут быть преобладающими. Работами П, Д.

Данкова было установлено, что по крайней мере для окисных пленок на металлах основным фактором служит кристаллохимичсское соответствие структур металлов и пленки.

Так, на железе пленка, состоящая из кристаллов окиси железа кубической структуры ( -РегОз), благодаря соответствию этой структуры структуре металла может удерживаться на поверхности, образуя компактный слой и проявляя защитные свойства.

При нагреванин же до высокой температуры, вследствие перехода окиси железа в другую модификацию (а-РезОз), защитные свойства пленки исчезают. По той же причине ржавчина, представляющая собой гидратированную окись н

Источник: https://www.chem21.info/info/132774/

Структуры сталей при различных температурах

Стали, как указывалось выше, являются сплавами железа с углеродом.

Аустенит - высокотемпературная гранецентрированная модификация железа

Структуры углеродистых сталей в зависимости от содержания в них углерода, а также структурные превращения, которые происходят в этих сталях при нагреве и медленном охлаждении, изучаются по диаграмме Fe—С.

На рисунке приведена часть
диаграммы Fe—С, характеризующая структуры сталей. Диаграмма дана в несколько упрощенном виде.

Прежде чем рассматривать структурные превращения в сталях, выясним, какие структуры в них встречаются при комнатных температурах и при нагреве.

Линии диаграммы определяют
температуры, при которых в сталях происходят какие-либо структурные, превращения.

Феррит

Феррит
— твердый раствор углерода в железе
а.
При комнатной температуре в феррите может растворяться не более чем 0,006% углерода.

Если содержание углерода встали больше чем 0,006%, то, кроме феррита, в структуре стали имеются другие структурные составляющие.

Феррит обладает небольшой прочностью и твердостью, но высокой пластичностью. Он имеет хорошие магнитные свойства.

Цементит

Цементит
— химическое соединение железа с углеродом, отвечающее формуле Fe3C. Содержание углерода в цементите составляет 6,67% и не изменяется во всем интервале температур, вплоть до температуры плавления.

Цементит является самой твердой структурной составляющей стали. Он имеет высокую прочность, но чрезвычайно
хрупок.

Перлит

Перлит
— механическая смесь феррита и цементита (после травления эта структура имеет перламутровый отлив).

Перлит бывает пластинчатым (цементит в виде пластинок) и зернистым (цементит в виде зернышек). Твердость перлита выше, чем у феррита, но меньше, чем у цементита.

Аустенит

Аустенит
(название дано в честь английского металловеда Аустена) — твердый раствор углерода в железе γ (модификация железа с гранецентрированной кристаллической решеткой). Максимальная растворимость углерода в железе γ составляет 2% при температуре 1130°.

Аустенит имеет невысокую твердость, обладает достаточно высокой прочностью наряду с хорошей пластичностью, большой стойкостью против коррозии, высоким электросопротивлением. Он немагнитен.

Диаграмма железоуглеродистых сплавов

Вернемся к вышеприведенной диаграмме, так линия
АС
показывает, при каких температурах при охлаждении начнется процесс кристаллизации в стали. Линия АЕ показывает, при каких температурах кристаллизация закончится, т.е. сплав
затвердеет.

Из диаграммы видно, что чистое железо кристаллизуется при постоянной температуре (1539°).

Сталь с содержанием С=0,8% кристаллизуется не при постоянной температуре, а в некотором интервале температур. Точка 1 определяет температуру начала кристаллизации, точка2
— температуру конца кристаллизации стали с содержанием С = 0,8%.

Таким образом, при температурах ниже линии АЕ сталь будет находиться в твердом состоянии и структура стали будет аустенит. При этом весь углерод, который в стали имеется, будет растворен в аустените.

Структура аустенита сохранится в стали и при последующем охлаждении до температур, определяемых линиямиGS
иSE.

§

Источник: http://www.Conatem.ru/tehnologiya_metallov/struktury-stalej-pri-razlichnyx-temperaturax.html

Аустенит — это… Что такое Аустенит?

  • АУСТЕНИТ — (от имени английского металлурга У. Робертса Остена W. Roberts Аusten; 1843 1902), структурная составляющая железоуглеродистых сплавов твердый раствор углерода (до 2%), а также легирующих элементов в ? железе. В углеродистых сталях и чугунах… …   Большой Энциклопедический словарь
  • аустенит — Тв. р р на базе Fey с ГЦК решеткой. А. — одна из основных фаз в сталях и чугунах. В большинстве сталей и чугунов а. как термодинамически стабильная фаза существует только при повыш. темп рах (см. Диаграмма состояния Fe C). В высоколегир.… …   Справочник технического переводчика
  • АУСТЕНИТ — одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, твёрдый раствор углерода (до 2%) и легирующих элементов в модификации гамма железа. А. немагнитен, отличается умеренной твёрдостью, пониженной упругостью, значительной прочностью и… …   Большая политехническая энциклопедия
  • аустенит — (от имени английского металлурга У. Робертса Остена, W. Roberts Austen; 1843 1902), структурная составляющая железоуглеродистых сплавов  твердый раствор углерода (до 2%), а также легирующих элементов в γ железе. В углеродистых сталях и чугунах… …   Энциклопедический словарь
  • АУСТЕНИТ — твердый раствор углерода и легирующих элементов в γ железе γ Fe (C). Содержание углерода менее 2,0 %. Кристаллическая решетка аустенита аналогична γ Fe. Твердость HB: 170 220. Период решетки аустенита изменяется в зависимости от …   Металлургический словарь
  • Аустенит — [austenite] твёрдый раствор на базе Feγ с ГЦК решеткой. Аустенит одна из основных фаз в сталях и чугунах. В большинстве сталей и чугунов аустенит как термодинамически стабильная фаза существует только при повышенных температурах (Смотри Диаграмма …   Энциклопедический словарь по металлургии
  • аустенит — (по имени англ. металлурга робертса остена (roberts austen), 1843 1902) одна из структурных составляющих стали и чугуна, представляющая собой немагнитный твердый раствор углерода (до 2%) или углеродистого железа в гамма железе; обычно устойчив… …   Словарь иностранных слов русского языка
  • аустенит — austenitas statusas T sritis chemija apibrėžtis Homogeninė plieno fazė, kurioje gali būti iki 2,14% anglies ir kuri išlieka >727 °C temperatūroje. atitikmenys: angl. austenite rus. аустенит …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
  • Аустенит —         одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, твёрдый раствор углерода (до 2%)и легирующих элементов в железе (см. Железо). А. получил название по имени английского учёного У. Робертса Остена (W. Roberts Austen, 1843 1902) …   Большая советская энциклопедия
  • Аустенит — название (в честь Roberts Austen a), предложенное Осмондом для одной из микрографических составляющих (фаз) железоуглеродистых сплавов, наблюдаемой иногда при быстром охлаждении (ледяной водой) богатых углеродом сплавов (около 1,57 % С), нагретых …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/190810

Понятие о диаграмме состояния железо-цементит Fe-Fe3C

Эта диаграмма, изображенная на рис. 5.2 сплошными линиями, характеризует состояния железоуглеродистых сплавов — сталей и белых чугу- нов с концентрацией углерода от 0 до 6,67 %. Концентрация 6,67 % С соответствует содержанию углерода в карбиде железа Fe3C.

Рис. 5.2. Диаграмма метастабильного (7) и стабильного {2) состояний железо-углерод

Система железо—цементит не является полностью стабильной, так как карбид железа Fe3C при определенных условиях нагрева неустойчив и распадается, образуя свободный углерод — графит.

Следовательно, система железо—цементит, в которой возможен необратимый распад цементита, является ме- тастабильной. Превращения, совершающиеся в равновесной (стабильной) системе, всегда полностью обратимы.

Если при нагреве цементит диссоциирует на железо и графит, то при охлаждении превращение должно совершаться в обратном направлении, но в действительности это не происходит.

Основные точки диаграммы состояния железо—цементит обозначают латинскими буквами, что принято в международной практике. Координаты основных точек диаграммы состояния железо—цементит и их буквенные обозначения приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Координаты основных точек диаграммы состояния железо—цементит

Обозначение точки на диаграмме Температура, °С Концентрация углерода, % Обозначение точки на диаграмме Температура, °С Концентрация углерода, %
  • А
  • В
  • Н
  • J
  • N
  • Е
  • С
  • F
  • 1539
  • 1499
  • 1499
  • 1499
  • 1392
  • 1147
  • 1147
  • 1147
  • 0,5
  • 0,1
  • 0,16
  • 2,14
  • 4,30
  • 6,67
  1. D
  2. G
  3. Р
  4. S
  5. К
  6. Q
  7. L
  • 1500
  • 911
  • 727
  • 727
  • 727
  • 600
  • 600
  • 6.67 0
  • 0,025
  • 0,8
  • 6.67 0,06
  • 6.67

Фазы в системе Fe—Fe3C. Согласно диаграмме состояния Fe—Fe3C, в железоуглеродистых сплавах образуются следующие фазы: жидкий раствор (расплав) углерода в железе (ЖС), феррит, аустенит, цементит.

Феррит — твердый раствор углерода в a-железе. Кристаллическая решетка феррита — объемно центрированный куб. Различают низко- и высокотемпературный ферриты в соответствии с существованием низкотемпературной Fea и высокотемпературной Fe5 модификаций железа с ОЦК-решеткой.

Феррит представляет собой твердый раствор внедрения. Атомы углерода располагаются в кристаллической решетке Fea между атомами железа в межатомных порах решетки. Из-за малых размеров этих пор в ОЦК-решетке значительная часть атомов углерода располагается на дефектах решетки (вакансиях, дислокациях).

Этим объясняется малая растворимость углерода в Fea. Максимальная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,025 % при 727 °С, а в высокотемпературном феррите 0,1 % при 1499 °С.

Растворимость углерода в феррите изменяется, после охлаждения до комнатной температуры она становится равной 0,006 % С.

Феррит мягок и пластичен, имеет следующие механические свойства: 8В = 250 МПа; 60 2 = 120 МПа; 8 = 50 %; у = 80 %; KCU = 2,5 МДж/м2; НВ 80. Также как Fea, феррит магнитен до 768 °С.

Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных зерен. Обозначают феррит Ф или а.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в у-желе- зе. Кристаллическая решетка аустенита — гранецентрированный куб.

Аустенит, так же как Fey, немагнитен, обладает меньшим удельным объемом, чем феррит, пластичен (8 = 40—50 %), имеет твердость НВ 160—200. Обозначают аустенит А или у.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом — карбид железа Fe3C, содержит 6,67 % С. Цементит имеет сложную кристаллическую решетку.

Особенностями цементита являются его исключительно высокая твердость (HV 1000, цементит легко царапает стекло) и хрупкость.

Температура плавления цементита точно не установлена, так как при температурах ниже температуры плавления цементит распадается на железо и графит. Условно температуру плавления цементита принимают около 1500 °С. Обозначают цементит Ц или Fe3C.

Характеристика отдельных точек и линий диаграммы состояния Fe-Fe3C. На диаграмме состояния Fe—Fe3C точка А (1539 °С) соответствует температуре плавления чистого железа, точка Н (1500 °С) — температуре плавления цементита. Точка N

(1392 °С) отвечает температуре полиморфного превращения Fe5 ар Феу, точка G (911 °С) — температуре полиморфного превращения Fey ар Fea.

Отдельные части диаграммы состояния Fe—Fe3C сходны с некоторыми простыми диаграммами, рассмотренными выше.

Верхняя левая часть диаграммы состояния Fe—Fe3C соответствует диаграмме перитектического типа. Здесь линии АВ — ликвидус и АН — солидус показывают температуры начала и конца кристаллизации жидких сплавов с образованием высокотемпературного феррита. При температуре, отвечающей линии HJB, протекает перитектическое превращение.

Правая верхняя часть диаграммы является разновидностью диаграммы состояния эвтектического типа.

Линии ВС (ликвидус) и JE (солидус) указывают температуры начала и конца кристаллизации жидких сплавов соответствующего состава с образованием кристаллов аустенита.

Линия CD отвечает температурам начала кристаллизации жидких сплавов с образованием кристаллов цементита. Линия ECF— эвтектическая горизонталь, при этой температуре протекает эвтектическое превращение в сплавах.

Нижняя часть диаграммы состояния Fe—Fe3C отражает эв- тектоидное превращение при температуре, соответствующей эвтектоидной горизонтали PSK. Линии NH и NJ отвечают температурам начала и конца полиморфного превращения высокотемпературного феррита в аустенит при охлаждении сплавов и аустенита в феррит при их нагревании.

Линии GS и GP соответствуют температурам начала и конца полиморфного превращения аустенита в феррит при охлаждении и феррита в аустенит при нагревании сплавов. Линия SE—линия предельной растворимости углерода в у-железе (определяет предельную концентрацию углерода в аустените).

Линия PQ — линия предельной растворимости углерода в а-железе.

  • Температуры наиболее важных превращений в железоуглеродистых сплавах, или критические точки, обозначают буквой А с соответствующим индексом. Ниже приводятся обозначения линий диаграммы и соответствующих им критических точек:
  • Линия диаграммы PSK GS SE NJ
  • Критическая точка Лх А3 Аст А4

При нагреве и охлаждении в реальных условиях критические точки не полностью совпадают с соответствующими равновесными линиями диаграммы. При нагреве они несколько выше этих линий, а при охлаждении — ниже.

Поэтому введены дополнительные обозначения критических точек, которыми пользуются при термической обработке сплавов.

Для обозначения критических точек при нагреве добавляют букву с, а при охлаждении — букву г, например: Асх, Ас3 — нагрев, Аг3, Аг4 — охлаждение.

Линия МО показывает температуру превращения феррита из магнитного состояния в немагнитное (768 °С). Это превращение не связано с фазовой перекристаллизацией и не относится к разряду фазовых превращений. Температура магнитного превращения обозначается А2.

Рассмотрим превращения, которые происходят в железоуглеродистых сплавах в соответствии с диаграммой состояния Fe—Fe3C.

Источник: https://studref.com/518212/tehnika/ponyatie_diagramme_sostoyaniya_zhelezo_tsementit_fe3c

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector