4. Диффузионные процессы в металле.
5. Формирование структуры металлов и сплавов.
6. Типы сплавов и их диаграмм состояния.
При построении диаграммы состояния сплавов на оси абсцисс указывают химический состав или концентрацию сплава в процентах. Для этого горизонтальную линию определенной длины делят на 100 одинаковых частей и каждое деление принимают за один процент одного из компонентов сплава.
По оси ординат откладывают в определенном масштабе температуру. Диаграммы состояния сплавов имеют две вертикальные оси, каждая из которых представляет один из элементов сплава. Чтобы построить диаграмму состояния сплавов, вначале путем лабораторного исследования получают ряд кривых охлаждения сплавов одних и тех же элементов, но с различной их концентрацией. На основе этих кривых и строится диаграмма. Диаграммы состояния сплавов имеют различный вид в зависимости от того, образуются ли при затвердевании сплавов механические смеси, твердые растворы или химические соединения. По этому признаку сплавы делятся на группы, каждая из которых имеет типичную диаграмму состояния. Сплавы, компоненты которых при затвердевании образуют только механические смеси и не способны к образованию твердых растворов и химических соединений, относятся к первой группе. Диаграмму состояния этих сплавов условились называть диаграммой состояния I рода. Сплавы, которые при затвердевании образуют твердые растворы и не дают ни механических смесей, ни химических соединений, относятся к диаграммам состояния II рода.
7. Железоуглеродистые сплавы.
Наиболее широкое применение в современном машиностроении имеют железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун.
Сталь — это сплав железа с углеродом; содержание углерода в стали не превышает 2%.
К сталям относятся: техническое железо, конструкционная и инструментальная сталь.
Чугун — сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Среднее содержание углерода в чугуне 2,5—3,5%.
Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют примеси: кремний и марганец в десятых долях процента (0,15— 0,60%), сера и фосфор в сотых долях процента (0,05—0,03%) каждого элемента.
Железоуглеродистые сплавы - сплавы железа (Fe) с углеродом (C) на основе железа. Варьируя состав и структуру, получают железоуглеродистые сплавы с разнообразными свойствами, что делает их универсальными материалами. Различают чистые железоуглеродистые сплавы для исследовательских целей (со следами примесей) и технические железоуглеродистые сплавы - стали и чугуны.
Технические железоуглеродистые сплавы содержат примеси, которые подразделяют: на обычные (P, S, Mn, Si, H, N, O), легирующие (Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Co, Cu и другие) и модифицирующие (Mg, Ce, Ca и другие). Начало научного изучения системы Fe-C (железо-углерод) положили русские металлурги П.П. Аносов и Д.К. Чернов.
Железоуглеродистые сплавы также условно называют чёрными сплавами.
8. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.
На рис. 28 представлена диаграмма железо-цементит. При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения:
На рис. 28 углерод понижает температуру плавления железа (линия ABC); - железо также понижает температуру плавления углерода (и Fe3C) (V- образная форма диаграммы, D - C); - температура А4 (линия NH) растет c увеличением содержания углерода (линия N - J); - температура А3 (линия GOS) уменьшается с увеличением содержания углерода; - область γ - твердого раствора расширяется с увеличением содержания углерода.
Фазовые превращения в сплавах железо - углерод в твердом состоянии рассмотрены ранее в разделе Фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах. Диаграмма железо-цементит. При нагреве стали протекают следующие превращения:
1. Превращения перлита в аустенит, протекающие выше точки А1, выше температуры стабильного равновесия аустенит - перлит; при этих температурах из трех основных структур минимальной свободной энергией обладает аустенит.
Feα + Fe3C - Feγ(C) или П - А.
2. Превращение аустенита в перлит, протекающие ниже А1 :
Feγ(C) - Feα + Fe3C или А - П