Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
СТРОЕНИЕ ЖЕЛЕЗА.
Прежде чем перейти к рассмотрению различных сплавов железа, познакомимся со строением и свойствами самого железа. Температура плавления железа равна 1539°. Одной из самых важных особенностей железа является его способность претерпевать превращения в твердом состоянии (аллотропические превращения). Аллотропические превращения, протекающие в чистом железе, показаны на кривой охлаждения железа (рис. 31). Из приведенной кривой видно, что железо проходит через ряд аллотропических превращений и, следовательно, может находиться в различных структурных состояниях. При обычных температурах железо имеет кристаллическую решетку центрированного куба (см. рис. 12, б).
Железо с такой кристаллической решеткой называется a-железо (альфа - железо). Решетку центрированного куба железо сохраняет до температуры 910°. При указанной температуре происходит перегруппировка атомов железа, в результате которой образуется кристаллическая решетка куба с центрированными гранями (см. рис. 12, в).
Железо с такой кристаллической решеткой называется у - железо (гамма - железо). При температуре 1400° снова происходит перегруппировка атомов железа и опять образуется кристаллическая решетка центрированного куба, которая сохраняется вплоть до температуры плавления. Железо с кристаллической решеткой центрированного куба, существующее при температуре выше 1400°, называется 8-железо (дельта-железо). В отличие от а- и у-железа, 5-железо не имеет какого-либо значения в практике термической обработки, так как температуры нагрева стали при термической обработке лежат значительно ниже 1400°.
При обычной комнатной температуре а-железо обладает магнитными свойствами, которые сохраняются и при нагреве его до температуры 768°. При нагревании железа до температуры выше указанной оно теряет свои магнитные свойства. В интервале температур 768 - 910° существует немагнитное a-железо, которое называют (3-железо (бета-железо). Таким
образом, основными аллотропическими формами железа являются a-железо и у-железо. На этих модификациях основано большинство видов термической обработки стали. Мы уже знаем, что а- и у -железо отличаются друг от друга порядком расположения атомов, т. е.
Рис. 31. Кривая охлаждения железа.
28
типом кристаллической решетки, а также по своим магнитным свойствам: а-железо магнитно, а у-железо - не магнитно. Следует указать еще на одно важное различие этих двух модификаций железа. Они обладают различной способностью растворять углерод, т. е. образовывать с ним твердые растворы: a-железо может растворять ничтожное количество углерода - 0,006 - 0,04%, а у-железо - до 2 %. Различная растворимость углерода в а-железе и у-железе объясняется следующим. В кристаллической решетке a-железа атомы железа располагаются таким образом, что промежутки между ними очень малы и атомы углерода не могут проникнуть в эти промежутки. В кристаллической решетке у-железа атомы расположены плотнее, но между некоторыми из них промежутки увеличены. Через эти промежутки атомы углерода проникают в кристаллическую решетку железа. Способность железа растворять неодинаковое количество углерода играет важную роль при термической обработке стали. Температуры, при которых в железе происходят аллотропические превращения, называются критическими температурами, или критическими точками.
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНА.
Структура железоуглеродистых сплавов состоит из различных составляющих. Свойствами этих структурных составляющих и определяются свойства стали и чугуна.
Феррит. В состав стали и чугуна входит от 93 до 99% железа. Поэтому, прежде всего, следует выяснить, какую структуру оно образует. Из предыдущего известно, что железо при комнатной температуре находится в виде a-железа, которое способно растворить в своей кристаллической решетке незначительное количество углерода. Твердый раствор в а-железе небольшого количества углерода и других примесей называется ферритом. Феррит представляет собой почти чистое железо, но отличается от него тем, что в его кристаллической решетке, кроме атомов железа, имеется небольшое количество атомов углерода и других примесей. Микроструктура феррита представлена на рис. 32.
Цементит. При комнатной температуре в феррите содержится до 0,006% углерода, а остальной углерод в стали находится в химическом соединении с железом. Химическое соединение железа с углеродом называется цементитом. Цементит (РезС) является карбидом железа; он содержит 93,33% железа и 6,67% углерода. Цементит имеет сложную кристаллическую решетку, состоящую из 12 атомов железа и 4 атомов углерода. Таким образом, в стали весь углерод, за исключением ничтожного количества, находится в виде цементита. Это справедливо также и для так называемых белых чугунов.
Перлит. Итак, основными структурными составляющими железоуглеродистых сплавов являются феррит и цементит.
Они могут располагаться в структуре стали каждый в отдельности или в виде равномерной механической смеси, которая называется перлитом. Такое название эта смесь получила потому, что шлиф ее при травлении имеет перламутровый отлив. Так как перлит образуется в результате процессов вторичной кристаллизации, то его называют эвтектоидом (в отличие от эвтектики). Образование перлита происходит при, температуре 723°; в нем содержится 0,8% углерода. Перлит имеет две разновидности. Если цементит в перлите расположен в виде пластинок, то он называется пластинчатым (рис. 33). Если же цементит в перлите расположен в виде зерен, то он называется зернистым (рис. 34) Под микроскопом пластинки цементита кажутся блестящими, потому что цементит обладает большой твердостью, хорошо полируется и при травлении кислотами меньше разъедается, чем лежащие рядом пластинки мягкого феррита. После травления перлит в сочетании с ферритом или цементитом всегда наблюдается в виде темных участков в связи с его большой протравимостью.
