דיאגרמת ברזל פחמן. התרשים של מצב מערכת הברזל-פחמן

קשה לדמיין את הבנייה המודרנית,מכונות, מכונות ותעשיות חשובות אחרות ללא שימוש של סגסוגות מתכת הראשי של פלדה ברזל יצוק. הייצור שלהם עולה על כל האחרים עשרות פעמים.

אם ניקח בחשבון פלדה ברזל יצוק במונחים שלכגון מדע המתכת, הדמות המרכזית היא תרשים של מצב של סגסוגות ברזל-פחמן, אשר מאפשר לנו לקבל רעיונות מפורטים על הרכב והשינויים המבניים בחומרים אלה. וגם להכיר את הרכב הפאזה שלהם.

היסטוריה של גילוי

בפעם הראשונה כי סגסוגות (פלדות ברזל יצוק)יש מסוימים (מיוחד) נקודות, הצביע על metallurgist הגדול והממציא - דמיטרי קונסטנטינוביץ 'צ'רנוב (1868). הוא היה זה שעשה תגלית חשובה על טרנספורמציות פולימורפיות, והוא אחד מיוצרי התרשים של מדינת הברזל. לדברי צ'רנוב, את המיקום של נקודות אלה על דיאגרמה תלויה ישירות באחוז הפחמן.

ומה שמעניין ביותר, זה מן הרגע של גילוי זה מדע כזה כמו metallography מתחיל את חייו.

התרשים של סגסוגות ברזל עם פחמן הוא תוצאה של עבודה מדאיגה של מדענים ממספר מדינות בעולם. כל הייעודים האלפביתיים של הנקודות העיקריות והשלבים בתרשים הם בינלאומיים.

הרעיון של דיאגרמה

ייצוג גרפי של התהליכים המתרחשיםסגסוגת עם שינוי משטר הטמפרטורה, ריכוז של חומרים, לחץ, נקרא תרשים המדינה. זה מאפשר לך חזותית ויזואלית לראות את כל השינויים המתרחשים סגסוגות.

אלמנטים של דיאגרמת פחמן

מידע קצר על כל אחד מרכיבים אלה.

הברזל הוא מתכת אפורה כסופה. כוח הכבידה הספציפי - 7, 86 גרם / cm3. יש נקודת התכה של 1539 ° C.

כאשר ברזל ומתכות אחרות אינטראקציה, תרכובות נוצרות, שנקרא פתרונות החלפה. אם עם לא מתכות, למשל, עם פחמן או מימן, אז - פתרונות של השתלה.

ברזל יש את היכולת, להיות במקורמוצק, להיות בכמה מדינות, אשר במטלורגיה נהוג לקרוא "אלפא" ו "גמא". איכות זו נקראת פולימורפיזם. על כך בהמשך המאמר.

פחמן הוא לא מתכת. אם זה נראה כמו גרפיט, אז נקודת ההיתוך הוא 3500 מעלות צלזיוס. אם הן היהלום הוא 5000 ° C. צפיפות הפחמן הוא 2.5 גרם / ס"מ³. כמו כן, יש תכונות פולימורפיות.

ב סגסוגות ברזל פחמן, אלמנט זה יוצר פתרון מוצק, בהרכב שבו יש ferrum, שנקרא cementite (Fe₃ג). זה גם יוצר גרפיט ברזל יצוק.

תרסיס מסגסוגת ברזל-ברזל

כתוצאה אינטראקציה של דיאגרמות המרכיבים אחד עם השני, cementite מתקבל - תרכובת כימית.

ככלל, כאשר בוחנים את הדיאגרמה על ידי תלמידי המתכת, כל חיבורים יציבים נחשבים כמרכיבים, והתמונה הגרפית עצמה נבחנת בחלקים.

גם בכיתה, עקומת קירור הוא זממו על פחמן פחמן דיאגרמה: אחוז הפחמן נבחר, ולאחר מכן יש צורך לקבוע איזה שלב מתאים לאיזו טמפרטורה בתרשים.

כדי לעשות זאת, מלבד הדיאגרמה עצמהלצייר מערכת קואורדינטות (טמפרטורה זמן). ומתחיל עם מעלות מקסימום, לנוע בהדרגה כלפי מטה, המתאר את העקומה ואת החלקים של המעבר של שלב אחד למשנהו. במקרה זה יש צורך לקרוא להם להצביע על סוג של קריסטל הסריג.

לאחר מכן, הבה נבחן בפירוט רב יותר את ייצוג גרפי של דיאגרמת המדינה פחמן פחמן.

ראשית, יש לו שתי צורות (חלקים):

• ברזל צמנט;
• ברזל גרפיט.

שנית, סגסוגות, שבהן "השחקנים" העיקריים הם ferrum ופחמן, מחולקים באופן מסורתי ל:

• פלדה;
• ברזל יצוק.

אם הפחמן בסגסוגת הוא פחות או שווה ל 2.14% (נקודה E בתרשים), אז זה פלדה אם יותר מ 2.14% הוא יצוק ברזל. מסיבה זו, הדיאגרמה מחולקת לשני שלבים.

שינויים פולימורפיים

עוד על כל שלב קצת מאוחר יותר במאמר. ובקיצור, את ביצוע השינויים העיקריים מתרחשת בטמפרטורות ספציפיות.

מצב הברזל מסומן כ α-ferrum (בטמפרטורה של פחות מ 911 מעלות צלזיוס). הסריג הגבישי הוא קוביית נפח מרוכזת. או BCC. המרחק בין האטומים של הסריג כזה גבוה למדי.

ברזל מקבל שינוי גמא, כלומר, מסומנת כ γ-ferrum (911-1392 ° C). קריסטל הסריג הוא קוביית פנים (Fcc). בסריג זה המרחק בין האטומים נמוך יותר מאשר ב- BCC.

כאשר α-ferrum עובר γ-ferrum, את עוצמת החומרהופך להיות קטן יותר. הסיבה לכך היא סריג קריסטל - צורתו. בגלל הסריג fcc יש מצב הורה יותר של אטומים מאשר עותק מוסתר.

אם המעבר מתבצע בכיוון ההפוך - מ γ-ferrum ל α-ferrum, ואז נפח מסגסוגת מגביר.

כאשר הטמפרטורה מגיעה 1392 מעלות צלזיוס (אבלפחות נקודת ההתכה של ברזל 1539 מעלות צלזיוס), אז α-ferruum מומר δ-ferrum, אבל זה לא טופס חדש שלה, אבל רק מגוון. בנוסף, δ-ferrum הוא מבנה לא יציב.

מאפיינים של ברזל טהור מבחינה טכנית

תכונות מגנטיות של ברזל בטמפרטורות שונות:

• פחות מ 768 מעלות צלזיוס - פרומגנטי;
• יותר מ 768 מעלות צלזיוס - פרמגנטי.

נקודת הטמפרטורה של 768 מעלות צלזיוס נקראת נקודת המרה מגנטית, או נקודת Curie.

מאפיינים של ברזל טהור מבחינה טכנית:

• קשיות - 80 HB;
• התנגדות זמנית של 250 מגפ"ס;
• חוזק תשואה - 120 מגפ"ס;
• הארכה של 50%;
• צמצום יחסי - 80%;
• מודולוס גבוה של גמישות.

קרביד של ברזל

תצוגה גרפית של רכיב רכיב של פחמן פחמן דיאגרמה: Fe3C. החומר נקרא קרביד ברזל, או cementite. הוא מאופיין על ידי:

1. תכולת הפחמן היא 6.67%.
2. המשקל הספציפי הוא 7.82%.
3. קריסטל הסריג יש צורה מעוין, המורכב octahedra.
4. ההיתוך מתרחש בטמפרטורה של כ 1260 מעלות צלזיוס.
5. תכונות פרומגנטיות נמוכות בטמפרטורה נמוכה.
6. הקושי הוא 800 HB.
7. הפלסטיות היא כמעט אפס.
8. ברזל קרביד צורות פתרונות מוצקיםתחליפים שבהם אטומי פחמן מוחלפים אטומים nonmetal (חנקן), אטומי ברזל על ידי מתכות (כרום, טונגסטן, מנגן). הרכב מוצק זה נקרא alloyed.

כפי שצוין לעיל, cementite הואשלב בלתי יציב, וגרפיט - יציב. מאחר שהחומר הראשון הוא תרכובת בלתי יציבה, מתפורר בתנאי טמפרטורה מסוימים.

בתרשים ברזל פחמן, יש מצבים כאלה:

• שלב נוזלי;
• פריט;
• אוסטניט;
• מלט;
• גרפיט;
• perlite;
• .

הבה נבחן כל אחד מהם בפירוט.

שלב נוזלי

Ferrum במצב נוזלי ממיס פחמן היטב. זה ללא קשר לחלק שבו הם באחוזים. כתוצאה מכך נוצר מסה נוזלית הומוגנית.

פריט

הוא פתרון מוצק של שילוב פחמן לתוךα-ferrum. כמות קטנה של זיהומים עשויים גם להיות כלולים. אבל לפריט יש כמעט אותן תכונות כמו ברזל טהור. אם ניקח בחשבון את המבנה תחת מיקרוסקופ, נוכל לראות גרגרי אור פוליאתרדי.

זה קורה:

• טמפרטורה נמוכה (בטמפרטורה של 727 מעלות צלזיוס, מסיסות של פחמן הוא 0.02%);
• טמפרטורה גבוהה (ב 1499 ° C מסיסות של פחמן הוא 0.1%), או שהוא נקרא δ-ferrum.

מאפיינים של פריט:

• קשיות - 80-120 HB;
• התנגדות זמנית של 300 MPa;
• הארכה היא 50%;
• יש תכונות מגנטיות טובות (עד טמפרטורה של 768 מעלות צלזיוס).

אוסטניט

זהו פתרון מוצק של שילוב פחמןγ-ferrum. ייתכן גם שיש כמות קטנה של זיהומים. בסריג הבדולח, הפחמן נמצא במרכז תא ה- FCC. כאשר בוחנים את המבנה של austenite תחת מיקרוסקופ, זה נראה כמו גרגרי אור של צורת polyhedral עם תאומים.

יש לו את המאפיינים הבאים:

1. מסיסות פחמן γ-ferrum הוא 2.14% (בטמפרטורה של 1147 מעלות צלזיוס).
2. קשיות של austenite 180 Н;
3. התארכות - 40-50%;
4. תכונות פרמגנטיות טובות.

צמנטית וצורותיה

הווה בשלבים כאלה: Ц1, Ц2, Ц3 (ראשוני, משני ו triite משני).

באשר הפרמטרים הפיזיוכימיים של שלוש מדינות אלה, הם שווים בערך. תכונות מכניות מושפעים בגודל של חלקיקים, מספרם ומיקומם.

כמו כן, על פי התרשים, ברור כי:

• U1 נוצר ממצב נוזלי (תחת מיקרוסקופ זה נראה כמו צלחת גדולה);
• Ц2 - מ austenite (להתיישב סביב גרגריו בצורה של רשת);
• C3 - מ ferrite (הממוקם בגבולות של דגנים פריט בצורת של חלקיקים בסדר).

פרלייט ולדברייט

תערובת של פרלייט בשם פרית ו cementite. הוא נוצר על ידי הפירוק של austenite (בטמפרטורה של פחות מ 727 מעלות צלזיוס). כאשר מגדילים את המבנה הזה יש צורה של צלחות או דגנים.

Perlite עם ירידה הדרגתית בטמפרטורה קיים בכל סגסוגות עם תוכן פחמן של 0.02-6.67%.

Ledeburite היא תערובת של austenite ו cementite. הוא נוצר מן השלב נוזלי על קירור לטמפרטורה מתחת 1147 ° C.

ברזל יצוק

סגסוגות בתרשים ברזל פחמן, אשרמכילים פחמן יותר מ 2.14%, נקראים ברזל יצוק. הם שבירים מאוד. חתך של ברזל יצוק כזה יש צליל קל, ולכן הוא נקרא ברזל לבן.

בתרשים זו הנקודה C, הנקראת eutectic,עם תוכן פחמן מקביל של 4.3%. במהלך התגבשות, תערובת נוצרת, המורכבת אוסטניט ו cementite, המכונה קולקטיבית ledeburite. הרכב הפאזה הוא קבוע.

בריכוז פחמן של פחות מ 4.3%(מראש ברזל יצוק) במהלך התגבשות, austenite הוא שוחרר מן הפתרון. ואז ממנו מוקצה Ts2. וב 727 ° C האוסטניט הופך פרלייט. המצב המבני של ברזל יצוק כזה הוא כדלקמן: שטחים גדולים של פרלייט כהה.

ב ברזל יצוק hypereutectic לבן (יותר פחמן4.3%) על קירור, המבנה מתרחש עם היווצרות של גבישים CI. שינויים נוספים מבוצעים כבר במצב מוצק. המבנה הוא הובילבוריט, שהוא הרקע לשדות פרלייט כהים. והשכבות הגדולות הן CI.

מסקנות

אי-אפשר להשיג שיווי-משקל מוחלט, פיזי וכימי, למעט בתנאי מעבדה מיוחדים.

בפועל, שיווי משקל יכול להיות בקירובמוחלט, אך בתנאים מסוימים: עלייה איטית מספיק או ירידה בטמפרטורת הסגסוגת, אשר יהיה מתמשך במשך זמן רב.

</ p>>