Demir-karbon diyagramı. Demir-karbon sisteminin durum diyagramı

Modern yapıyı hayal etmek zor,çelik ve dökme demir ana metal alaşımları kullanılmadan makine, makine ve diğer önemli endüstriler. Üretimleri, düzinelerce kez diğerlerini aşıyor.

Çelik ve dökme demirleri dikkate alırsakMetal bilimi gibi bir bilim, merkezi rakam, bu malzemelerdeki bileşim ve yapısal dönüşümler hakkında ayrıntılı fikirler elde etmemizi sağlayan demir-karbon alaşımlarının durumunun bir diyagramıdır. Ayrıca faz kompozisyonları ile tanışmak.

Keşif öyküsü

Alaşımlarda ilk kez (çelikler ve döküm ütüler)büyük metalurjist ve mucit - Dmitry Konstantinovich Chernov (1868) işaret bazı (özel) noktaları vardır. Polimorfik dönüşümler hakkında önemli bir keşif yapan ve demir-karbon devlet diyagramının yaratıcılarından olan oydu. Chernov'a göre, bu noktaların şema üzerindeki konumu doğrudan karbon yüzdesine bağlıdır.

Ve en ilginç olanı, bu keşfin anından itibaren, metalografi gibi bir bilimin hayatına başlamasıdır.

Demir ile karbon alaşımlarının diyagramı dünyanın çeşitli ülkelerinden bilim insanlarının özenli çalışmasının sonucudur. Diyagramdaki ana noktaların ve fazların tüm alfabetik isimleri uluslararasıdır.

Diyagram kavramı

Gerçekleşen süreçlerin grafiksel gösterimiSıcaklık rejiminde bir değişim ile alaşım, maddelerin yoğunluğu, basınç, durum diyagramı denir. Alaşımlarda meydana gelen tüm dönüşümleri görsel olarak ve görsel olarak görmenizi sağlar.

Demir-karbon diyagramının elemanları

Bu elemanların her biri hakkında kısa bilgi.

Demir gümüş renkli bir metaldir. Özgül ağırlık - 7, 86 g / cm3. 1539 ° C'lik bir erime noktasına sahiptir.

Demir ve diğer metaller etkileştiğinde, ikame solüsyonları olarak adlandırılan bileşikler oluşur. Metal içermiyorsa, örneğin, karbon veya hidrojen ile, o zaman - implantasyon çözümleri.

Demir aslında başlangıçta sahipmetalurji içinde "alfa" ve "gama" olarak adlandırmak gelenekseldir, birkaç eyalette olması. Bu kaliteye polimorfizm denir. Bu konuda daha sonra makalede.

Karbon, metal olmayan bir maddedir. Grafit olarak görünürse, erime noktası 3500 ° C'dir. Her iki elmas da 5000 ° C ise. Karbon yoğunluğu 2.5 g / cm'dir.³. Ayrıca polimorfik özelliklere de sahiptir.

Demir-karbon alaşımlarında bu element, içinde çimentoit denilen bir ferrum olan bileşiminde katı bir çözelti oluşturur.₃C). Ayrıca dökme demirde grafit oluşturur.

Demir-karbon alaşımı diyagramı

Bileşen diyagramlarının birbirleriyle etkileşmesi sonucunda, bir kimyasal bileşik olan sementit elde edilir.

Genellikle, çalışma, sınıf-metalürji diyagramları tüm stabil bileşikler bileşenler olarak kabul edilir ve bir grafik görüntü kendisi kısmen incelenmiştir.

Ayrıca, sınıfta, demir-karbon diyagramında bir soğutma eğrisi çizilir: karbon yüzdesi seçilir ve daha sonra diyagramda hangi sıcaklığın hangi faza karşılık geldiğini belirlemek gerekir.

Bunu yapmak için, diyagramın kendisinin yanı sıraBir koordinat sistemi çizin (sıcaklık zamanı). Ve maksimum derecelerle başlayarak, eğriyi ve bir fazın diğerinin geçişinin bölümlerini betimleyerek, yavaşça aşağı doğru hareket edin. Bu durumda onları aramak ve kristal kafes tipini belirtmek gerekir.

Ardından, demir-karbon durumu diyagramının grafiksel sunumunu daha ayrıntılı olarak ele alalım.

İlk olarak, iki formu vardır (parçalar):

• demir sementit;
• demir grafit.

İkincisi, ana "aktörler" in ferrum ve karbon olduğu alaşımlar geleneksel olarak şu şekilde ayrılır:

• çelik;
• döküm ütüler.

Eğer alaşımdaki karbon% 2.14'e eşit veya daha azsa (şemada E noktası), bu durumda çelik% 2.14'ten fazla demir dökülürse bu çeliktir. Bu nedenle, diyagram iki aşamaya ayrılmıştır.

Polimorfik dönüşümler

Her aşamada, makalenin biraz ilerisinde. Ve kısaca, ana dönüşümlerin uygulanması belirli sıcaklıklarda gerçekleşir.

Demir durumu, a-ferrum olarak belirtilir (911 ° C'den daha düşük bir sıcaklıkta). Kristal kafes, bir yüz yüz merkezli küpdür. Veya BCC. Böyle bir kafesin atomları arasındaki mesafe oldukça yüksektir.

Demir, bir gamma modifikasyonunu, yani γ-ferrum (911-1392 ° C) olarak ifade eder. Kristal kafes, yüz merkezli bir küpdür (fcc). Bu kafes içinde atomlar arasındaki mesafe bcc'den daha düşüktür.

Bir a-ferrum bir γ-ferruma geçtiğinde, maddenin hacmiküçülür. Bunun nedeni kristal kafes - onun formu. Çünkü fcc örgüsü, bcc'den daha düzenli bir atom durumuna sahiptir.

Eğer geçiş ters yönde yapılırsa - γ-ferrumdan α-ferrum'a, o zaman alaşım hacmi artar.

Sıcaklık 1392 ° C'ye ulaştığında (ancakdemir 1539 ° C'nin erime noktasından daha az, daha sonra a-ferruum δ-ferruma dönüştürülür, ancak bu yeni şekli değil, sadece bir çeşittir. Ayrıca δ-demrum dengesiz bir yapıdır.

Teknik olarak saf demir özellikleri

Farklı sıcaklıklarda demirin manyetik özellikleri:

• 768 ° C'den daha az - ferromanyetik;
• 768 ° C'den fazla - paramanyetik.

768 ° C'lik bir sıcaklık noktası manyetik dönüşüm noktası veya Curie noktası olarak adlandırılır.

Teknik olarak saf demir özellikleri:

• sertlik - 80 HB;
• 250 MPa'lık geçici bir direnç;
• akma dayanımı - 120 MPa;
• % 50'lik bir uzama;
• nispi daralma -% 80;
• yüksek elastisite modülü.

Demir karbür

Demir-karbon diyagramının bileşen kısmının grafiksel görünümü: Fe3C. Madde demir karbid veya sementit denir. Ile karakterize edilir:

1. Karbon içeriği% 6.67'dir.
2. Spesifik ağırlık% 7.82'dir.
3. Kristal kafes, oktahedradan oluşan eşkenar dörtgen bir forma sahiptir.
4. Erime yaklaşık 1260 ° C'lik bir sıcaklıkta gerçekleşir.
5. Düşük sıcaklıkta düşük ferromanyetik özellikler.
6. Sertlik 800 HB'dir.
7. Plastisite neredeyse sıfırdır.
8. Demir karbür katı çözeltiler oluştururmetallerden (krom, tungsten, manganez) - ikameler, karbon atomuna sahip olmayan metaller (nitrojen) ve demir atomu atomu ile değiştirilir. Bu katı bileşime alaşımlı denir.

Yukarıda belirtildiği gibi, sementitkararsız faz ve grafit - kararlı. İlk madde kararsız bir bileşik olduğundan, belirli sıcaklık koşullarında parçalanır.

Demir-karbon diyagramında, böyle durumlar vardır:

• sıvı fazı;
• ferrit;
• ostenit;
• sementit;
• grafit;
• perlit;
• Ledebour.

Her birini ayrıntılı olarak ele alalım.

Sıvı faz

Sıvı halde ferrum karbonu iyi çözer. Bu, yüzde cinsinden oranları ne olursa olsun. Sonuç olarak, homojen bir sıvı kütle oluşur.

ferrit

Sağlam bir karbon birleşmesi çözümüa-Ferrum. Az miktarda kirlilik de dahil edilebilir. Fakat ferritin neredeyse tamamen saf demir ile aynı nitelikleri vardır. Bir mikroskop altında yapıyı düşünürsek, çokyüzlü ışık tonu tanelerini görebiliriz.

Olur:

• düşük sıcaklıkta (727 ° C'lik bir sıcaklıkta, karbonun çözünürlüğü% 0.02'dir);
• Yüksek sıcaklık (% 0.1 arasında bir karbon çözünürlüğü 1499 ° C), ya da δ-Ferrum olarak adlandırılır.

Ferrit özellikleri:

• sertlik - 80-120 HB;
• 300 MPa geçici bir direnç;
• uzama% 50'dir;
• iyi manyetik özelliklere sahiptir (768 ° C'ye kadar).

östenit

Bu, katı bir karbon içeriğidir.y-Ferrum. Az miktarda kirlilik de olabilir. Kristal kafesinde, karbon fcc hücresinin merkezindedir. Bir mikroskop altında ostenit yapısı göz önüne alındığında, ikizlerle çokyüzlü bir şeklin hafif tanecikleri olarak görülür.

Aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Γ-ferrumda karbon çözünürlüğü% 2.14'dür (1147 ° C'lik bir sıcaklıkta).
2. Östenit Sertliği 180 НВ;
3. Uzama -% 40-50;
4. İyi paramanyetik özellikler.

Çimentoit ve formları

Bu aşamalarda mevcut: Ц1, Ц2, Ц3 (birincil, ikincil ve üçüncül sementit).

Bu üç durumun fizikokimyasal parametrelerine gelince, bunlar yaklaşık olarak eşittir. Mekanik özellikler, parçacıkların büyüklüğünden, sayı ve konumundan etkilenir.

Ayrıca, şemasına göre, açıktır ki:

• U1, sıvı bir durumdan oluşur (bir mikroskop altında, büyük bir plaka olarak görülür);
• Ц2 - ostenitten (bir ızgara şeklinde tahıllarının çevresine yerleşerek);
• C3 - ferritten (ince tanecikler halinde ferrit tanelerinin sınırlarında bulunur).

Perlit ve ledeburit

Bir ferrit ve sementit karışımı perlit olarak adlandırılır. Ostenitin ayrışması sırasında (727 ° C'den daha düşük bir sıcaklıkta) oluşur. Büyütüldüğünde, bu yapı plaka veya tahıl şeklindedir.

Sıcaklıkta kademeli bir düşüş gösteren perlit,% 0.02-6.67 karbon içeriği olan tüm alaşımlarda mevcuttur.

Ledeburit, östenit ve sementitin bir karışımıdır. 1147 ° C'nin altındaki bir sıcaklığa soğutulduktan sonra sıvı fazdan oluşur.

Dökme demir

Demir-karbon diyagramındaki alaşımlar,% 2.14'ten fazla karbon içerir, dökme demir denir. Çok kırılgandırlar. Bu dökme demirin enine kesiti hafif bir tondadır ve bu nedenle beyaz demir denir.

Diyagramda bu, ötektik olarak adlandırılan C noktasıdır.% 4.3'lük bir karbon içeriği ile. Kristalizasyon sırasında, toplu olarak ledeburit olarak adlandırılan ostenit ve sementit içeren bir karışım oluşur. Faz bileşimi sabittir.

% 4.3'ten daha düşük bir karbon konsantrasyonundaKristalizasyon sırasında (ön-ötektik dökme demir), östenit çözeltiden kurtulur. Bundan sonra Ts2 tahsis edilir. Ve 727 ° C'de ostenit perlit haline dönüşür. Böyle bir dökme demirin yapısal durumu şöyledir: geniş karanlık perlit alanları.

Hipereutektik beyaz dökme demir (daha fazla karbon% 4.3) soğutma üzerine, yapılanma kristallerin CI oluşumu ile gerçekleşir. Daha ileri dönüşümler hali hazırda katı halde gerçekleştirilmektedir. Yapı karanlık perlit alanlarının arka planı olan bir ledeburittir. Ve büyük tabakalar CI.

bulgular

Özel laboratuvar şartları dışında, hem fiziksel hem de kimyasal olarak mutlak denge elde etmek imkansızdır.

Pratikte, dengeye yaklaşılabilir.Mutlak, ancak bazı durumlar: yeterince yavaş bir artış veya alaşımın sıcaklığı azaltmak uzun bir süre için muhafaza edilmesi.