4 5
Лабораторная работа № 1
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО–ЦЕМЕНТИТ
Цель лабораторной работы – изучение диаграммы состояния
и структурных превращений в углеродистых сталях.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) ознакомиться со взаимодействием железа и углерода в жидком
и твердом состоянии и со строением фаз, возникающих при их сплавлении;
2) ознакомиться с диаграммой состояния железо–цементит;
3) научиться, пользуясь
диаграммой состояния, анализировать фор-
мирование структуры сплавов при охлаждении из жидкого состояния
и изменение структуры в зависимости от состава сплавов.
Оснащение участка лабораторной работы:
материалы – плакат с диаграммой состояния железо–цементит,
плакат с кривой охлаждения чистого железа.
1. Основные понятия теории сплавов
Чистые металлы имеют низкую прочность и невысокие технологи-
ческие свойства
, поэтому в технике обычно применяют их сплавы.
Сплав – это вещество, полученное преимущественно сплавлением
двух и более элементов (компонентов). В качестве компонентов могут
быть как металлы, так и неметаллы. Компонент, преобладающий в спла-
ве, называется основным. Компоненты, введенные в сплав для придания
ему нужных свойств, называются легирующими.
Металлические сплавы в жидком состоянии, как
правило, однород-
ны и представляют одну фазу.
Фазой называют однородную по химическому составу, кристалли-
ческому строению и свойствам часть системы, отделенную поверхнос-
тью раздела от других частей системы, при переходе через которую струк-
тура, свойства или состав вещества изменяются скачкообразно.
Система – совокупность фаз, находящихся в равновесии при опре-
деленных внешних
условиях (давление, температура и т. д.).
При переходе сплавов из жидкого состояния в твердое в них может
образовываться несколько фаз.
Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое с образо-
ванием кристаллических решеток называется первичной кристаллиза-
цией.
Свойства сплавов в твердом состоянии зависят от образовавшейся
структуры.
Структура – это взаимное расположение фаз
в сплаве, их форма
и размеры.
Структурные составляющие сплава – это обособленные части спла-
ва, имеющие одинаковое строение и характерные свойства.
2. Железо и углерод, их строение и взаимодействие
Сплавы железа с углеродом являются наиболее распространенны-
ми металлическими материалами, применяемыми в строительстве.
Железо – основной компонент системы железо–углерод является
металлом серебристо-серого цвета с
температурой плавления 1539 °С.
Плотность железа составляет 7870 кг/м
3
, временное сопротивление при
растяжении 250 МПа, твердость 60...90 НВ, относительное удлинение
30...50 %.
Железо относится к числу элементов, которые при нагревании (ох-
лаждении) претерпевают аллотропические превращения. Существование
одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит
название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристалличес-
ких решеток при критических температурах называется полиморфным
превращением. Эти превращения можно рассматривать на
кривой охлаж-
дения (рис. 1.1).
Критическая точка 1539 °С – температура затвердевания железа
(на кривой охлаждения появляется горизонтальная площадка). При зат-
вердевании образуется железо с объемно-центрированной кубической ре-
шеткой (ОЦК), называемое
-железом. Такое кристаллическое строение
железа сохраняется до температуры 1392 °С. Высокотемпературная мо-
дификация железа в интервале температур 1539…1392 °С иногда обо-
значается как
-железо.
Критическая точка 1392 °С – температура аллотропического пре-
вращения. Объемно-центрированная кубическая решетка
-железа пе-
реходит в гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК)
-железа.
Ее обозначают Ас
4
(при нагреве) и Аr
4
(при охлаждении). На кривой ох-
лаждения также будет наблюдаться горизонтальная площадка.
