Понятие о сплавах металлов. Структурные составляющие сплава железо-углерод

Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют поликристаллическую структуру. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки.

Основные типы сплавов.

Системойназывают совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температуре, давлении).

Фазойназывают однородную по химическому составу, кристаллическому строению и свойствам часть системы, отделенную от других ее частей поверхностью раздела.

Компонентаминазывают вещества, образующие систему.

Сплавы, находящиеся в твердом состоянии, делят по составу на три группы: твердый раствор, химическое соединение, механиче­ская смесь компонентов.

Диаграмма состояния сплавов железо-углерод.

Диаграмма состоянияпредставляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов и критических точек в зависимости от температуры и концентрации.Равновесными являются условия, при которых процессы, протекающие в системе, обратимы.

Диаграмму состояния строят в координатах температура — концентрация.

Железо с углеродом могут образовывать одно- и двухфазные системы.

К однофазным системам железоуглеродистых сплавов относятся:

- феррит– твердый раствор внедрения углерода в α-железе. феррит – практически чистое железо. Феррит магнитен, имеет низкую твердость и прочность, высокую пластичность

- аустенит - твердый раствор углерода в γ-железе. Максимальная растворимость углерода в аустените 2,14 % при температуре 1147 °С. Немагнитен и более твердый и прочный.

- цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом. В цементите содержится 6,67 % углерода; он имеет очень высокую твердость и очень хрупкий.

- графит – кристаллическая разновидность углерода.

Двухфазными системами железоуглеродистых сплавов являются:

- перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита. Перлит образуется при медленном охлаждении из аустенита при температуре 727 °С и содержит углерода 0,8 %, характеризуется своеобразной зернистой структурой и высокой прочностью.

- ледебурит - эвтектическая смесь, состоящая после образования из аустенита и цементита, а после охлаждения – из перлита и цементита. Ледебурит образуется при кристаллизации жидкого раствора постоянного состава (4,3 % С) при температуре 1147 °С.

Стали— это железоуглеродистые сплавы с содержанием до 2,14 % С.

Чугуны— это железоуглеродистые сплавы с содержанием более 2,14 % С.

Производство черных металлов, свойства и применение сталей и чугунов.

Черные и цветные металлы перерабатываются в металлургическом комплексе, который делится на черную и цветную. Металлургический комплекс – сочетание технологических процессов: добыча и подготовка сырья к переработке (обогащение, агломерирование, получение концентратов); металлургический передел (получение чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб, заготовок); утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Производство стали.

Сталь по сравнению с чугуном имеет высокие физико-механические свойства. Задача передела чугуна в сталь состоит в том, чтобы из чугуна удалить избыток углерода и примесей. Особенно важно при этом удалить вредные примеси серы (придает стали красноломкость) и фосфора (придает хладноломкость).

Процессы получения стали включают окисление углерода и других примесей, последующее раскисление окиси железа и доведение концентрации углерода до требуемого уровня.

Конечной операцией выплавки стали является ее раскисление для восстановления железа и удаления газов. В зависимости от степени раскисления различают сталь кипящую, спокойную и полуспокойную.

Степень раскисления влияет на структуру слитка и качество готового продукта и указывается в маркировке стали.

Кипящая сталь раскисляется не полностью только ферромарганцем. Преимуществом кипящей стали является высокий выход годного продукта – до 95 %.

Спокойная сталь раскислена полностью в печи и в изложнице застывает спокойно (раскисляется марганцем, кремнием и алюминием), но при этом в верхней части слитка формируется усадочная раковина.

Полуспокойная сталь по свойствам и качеству является промежуточной между спокойной и кипящей сталью.

В металлургии применяют три основных способа производства стали в зависимости от вида печей: кислородно-конверторный, мартеновский и элетросталеплавильный. С целью получения особо высококачественных сталей применяется специальная металлургия.