СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

 

Стройматериалы

   

7.2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

  

 

Металлы, как и другие вещества, могут существовать в различных кристаллических формах (модификациях). Это явление называется полиморфизмом.

Полиморфные превращения в металлах происходят при изменении температуры. Так, при температуре свыше 723° С железо переходит из а-модификации в у-модификацию, при этом изменяются физико-механические свойства металла. При резком охлаждении металла высокотемпературные модификации могут и не переходить в низкотемпературные. На этом, например, основана термообработка металлов (закалка, отпуск, нормализация).

Химически чистые металлы на практике используют редко. Это ^связано с трудностью получения чистых веществ, а также с возможностью получать металлы с определенными требуемыми свойствами 1путем создания различных сплавов.

В металловедении различают три типа сплавов: твердый раствор, механическую смесь, химическое соединение. Если атомы входящих в состав сплава элементов незначительно отличаются размером и строением электронной оболочки, то они могут образовывать общую кристаллическую решетку. Сплав с таким строением называют твердым раствором. Если элементы сплава не образуют твердого раствора, а каждый из них кристаллизуется самостоятельно, то такой сплав называют механической смесью. Если элементы сплава вступают в химическое взаимодействие, образуя новое вещество, такой сплав называют ' химическим соединением. Практически сплавы могут сочетать в себе все три типа строения.

Рассмотрим зависимость свойств сплава от его состава и строения на примере железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов). ! Чистое железо — серебристо-белый мягкий пластичный металл, - почти не окисляющийся на воздухе. Прочность его значительно ниже прочности стали и чугуна. При производстве в черные металлы в виде примесей к железу попадают углерод, кремний и некоторые другие ещества. Наибольшее влияние на их свойства оказывает углерод, одержащийся в количестве 0,5...5 %.

Способность железа растворять углерод и другие элементы служит сновой для получения разнообразных сплавов.

Углерод, растворяясь в железе, образует твердые растворы. В низ- отемпературной модификации железа (а-железе) растворяется мало углерода (до 0,02 %), такой раствор называют ферритом. Феррит обладает низкой твердостью и высокой пластичностью. Чем больше в сплаве содержится феррита, тем он мягче и пластичнее. Высокотемпературная модификация железа (у-железо) лучше растворяет углерод (до 2 %), образуя твердый раствор аустенит, также характеризующийся высокой пластичностью.

Химическое соединение железа с углеродом — карбид железа, в> котором содержится 6,67 % углерода, называют цементитом. Цементит хрупок и имеет высокую твердость. Чем больше цементита в сплаве, тем он более твердый и хрупкий. В некоторых случаях (например, в присутствии больших количеств кремния) цементит не образуется, а углерод выделяется в виде графита (в сером чугуне).

В сталях и чугунах феррит, аустенит и цементит существуют в виде механических смесей. Иными словами, сталь и чугун — поликристаллические материалы, свойства которых зависят как от химического состава (количества железа, углерода и других примесей), так и от структуры (типа и размера кристаллов). Например, при нагревании до температуры выше 723° С твердая и прочная углеродистая стадь, состоящая из смеси феррита и цементита, становится мягкой и прочность ее падает, так как смесь феррита и цементита переходит в аустенит — раствор углерода в у-железе. На этом основана горячая обработка (прокат, ковка) углеродистых сталей. Этим же объясняется резкое падение прочности стальных конструкций при нагреве во время пожара.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Строительные материалы и изделия

 





Смотрите также:

 

Металлы. Чугуны. Легированные стали. Алюминевые сплавы...

Белыми чугунами называют железоуглеродистые сплавы, в которых весь углерод химически связан с железом в виде цементита Fe3C.
В состав легированных сталей специально вводят один или несколько элементов, улучшающих их физико-механические свойства.

 

Чёрные и цветные металлы

В зависимости от химического состава структурные составляющие железоуглеродистых сплавов носят следующие наименования
Химический состав и структура металла предопределяет его физические и механические свойства: прочность, твердость, плотность.

 

ОБРАБОТКА СТАЛИ. Основы термической обработки стали

...состояния железоуглеродистых сплавов не успевают завершиться полностью, вследствие
собой перенасыщенный твердый раствор углерода в a-Fe, имеющий игольчатое строение.
Механические свойства троостита и сорбита зависят от содержания в стали углерода.

 

Металлы и металлические конструкции. Металлические сплавы.

Изменяя компоненты и соотношения между ними, получают сплавы с самыми разнообразными физическими, механическими или химическими свойствами.
Сталь - ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 %. Это один из основных...

 

ВИДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ. Термическая обработка металла

...и сплавов в целях придания им заданной структуры и свойств называется термической
обработкой металлов и сплавов называется процесс изменения их внутреннего строения (структуры) путем
частью более полной диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

 

Производство стали. Конверторный способ получения стали.

Сталью называют железоуглеродистые сплавы, с содержанием углерода до 2 %. При
Такая сталь в слитке имеет плотное и однородное строение, более качественная и дорогая
Полуспокойная сталь (пс) по свойствам занимает промежуточное положение между (сп) и (кп).

 

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие...

Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче.