Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• визначення основних компонентів і фаз залізовуглецевих сплавів;

• основні властивості компонентів залізовуглецевих сплавів.

1. Сталь і чавун - сплави заліза з вуглецем. Вони набули широкого використання в будівництві й техніці. Вчені Російської імперії ще в позаминулому сторіччі створили сталь, яка переважала відому дамаську, розробили найбільш досконалі способи виробництва сталі, вперше окреслили наукові основи термічного оброблення сталі.

2. Залізо - сріблясто-сірий, блискучий метал, що має густину 7870 кг/м², температуру плавлення 1539 °С. У твердому стані залізо може перебувати в двох поліморфних модифікаціях: об'ємоцентрованого (ОЦК) і гранецентрова-ного (ГЦК) куба. В інтервалі температур 911...1392 °С залізо має гранецентро-вану кубічну кристалічну решітку. Нижче 911 °С і вище 1392 °С - об'ємо-центровану.

3. Вуглець належить до неметалевих елементів. Він має три алотропічні модифікації: вуглець, графіт і алмаз. Вуглець розчиняється в залізі в рідкому і твердому станах. У твердому стані розчинність вуглецю обмежена і залежить від будови і кристалічної форми заліза. Крім твердих розчинів, вуглець може утворювати із залізом хімічну сполуку Fe₃C - карбід заліза (цементит).

4. Графіт - це модифікація вуглецю. Температура плавлення графіту - 3500 °С. У кристалічній решітці графіту атоми вуглецю розміщуються шарами. У кожному шарі зв'язок дуже міцний, тому відстань між атомами дуже мала. Через це графіт легко сколюється по цих шарах.

5. Цементит - це хімічна сполука вуглецю із залізом (карбід заліза - Fe₃C), яка відповідає концентрації вуглецю 6,67 %. Цементит має складну решітку, високу твердість, але дуже низьку пластичність. Цементит нестійкий і може розпадатися на залізо і вуглець у вигляді графіту, що має велике значення в процесі утворення чавуну.

6. Ферит - твердий розчин проникнення вуглецю в залізо, яке має ОЦК-решітку. Максимальна розчинність вуглецю в фериті при температурі 723 °С становить 0,02 %. При зниженні температури розчинність зменшується і при кімнатній температурі становить близько 0,006 %. Атоми вуглецю в фериті, очевидно, розміщаються в дефектах (вакансіях, дислокаціях тощо) решітки. Властивості фериту близькі до властивостей технічно чистого заліза.

7. Аустеніт - твердий розчин проникнення вуглецю в залізо, яке має решітку - гранецентрований куб, при цьому атом вуглецю розміщений у центрі куба. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті при температурі 1147 °С дорівнює 2,14 %. Аустеніт не магнітний і досить пластичний. При температурі 273 °С унаслідок алотропічного перетворення заліза і дуже малої розчинності вуглецю в залізі аустеніт розпадається з утворенням механічної суміші цементиту і фериту.

8. Перліт - це дрібнозерниста механічна суміш фериту і цементиту, яка утворюється при розпаді повільно охолодженого аустеніту. Цементит у перліті може мати форму пластинок або зерен, відповідно до цього розрізняють пластинчастий або зернистий перліт. Під час евтектоїдного розпаду аустеніту головною фазою є цементит, який починає рости біля границі зерна. У місцях, близьких до росту цього кристалика цементиту, аустеніт збіднюється вуглецем, і тому поряд виникає пластинка фериту. Цей процес повторюється багаторазово, що створює зерно перліту з однаково орієнтованими у ньому (тобто паралельними) пластинками.

9. Ледебурит - це евтектична механічна суміш аустеніту і цементиту. Оскільки при температурі нижче 737 °С аустеніт перетворюється на перліт, то це перетворення охоплює і аустеніт, що входить до складу ледебуриту.

10. Будову перліту або ледебуриту можна уявити таким чином: в основній масі фериту або аустеніту дуже близько, паралельно одна до одної «укладені» тонкі тверді пластинки цементиту.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Який внесок учених Російської імперії в розвиток металознавства?

2. Які властивості має залізо і як його використовують?

3. Що таке вуглець і де його використовують?

4. Що таке Fe₃C?

5. Що таке графіт, яка його кристалічна решітка?

6. Що таке цементит, яка його інша назва?

7. Дайте визначення фериту. Яку він має решітку?

8. Що таке аустеніт? Яку він має кристалічну будову?

9. Що означає число 6,67 %?

10. Що таке перліт?

11. Що називають ледебуритом?

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019