Темір - цементит» жүйелі қорытпаның фазалық тепе-теңдік диаграммасын анализдеу

Жұмыстың мақсаты – «темір - цементит» күй диаграммасының өзгеруін, осы жүйедегі балқыманың пайда болуын, құрамы мен фазаның салмақтық өлшемін берілген температурада есептеу.

1.Техникалық таза темір. Аллотропиялық темір.критикалық температура. Темір құрамы.

2.Атомдық кристалдық фазаның құрылуы,темір құрамынан табылған көміртегі.

3.Темір көміртегі мен темір цементиттің фазалық диаграммасы.

Кілт сөздер: Компонент, фаза, құрылым,құрам, диаграмма, фаза ережесі, кристалдану, еркіндік дәрежесі, ликвидус, солидус, ликвидус, ледебурит,эвтектика,темир, Кюри нуктесі.

Техникалық таза темір. Аллотропиялық темір.критикалық температура.

Темір құрамы

Теміркөмірсутекті қорытпа – болат пен шойын Ресей металофондарының 90%-ін экономикасында құрайды, негізгі құрылымды металл болып табылады. Бөлме температурасында баяу салқындату арқылы алынған өнеркәсіптік балқыманың фазалық құрамы мен құрылысы, темір – цементит күй теміркөміртекті балқымасы сұранысқа ие болуына әкеледі (Д.Чернов 1868).

Болат пен шойынның негізгі компоненті болып темір мен көміртек табылады. Темір – қоңыр түсті металл. Атомдық нөмері 26, атомдық массасы 55,85. Темірдің балқу температурасы 1539 С. Темір екі полиморфты модификацияға ие: 910 С температурадан төмен болатын a - темір. 910-1392 С температура интервалында болатын γ - темір, ол парамагнитті;

Темірдің кристалл торы көлемді орталықтанған кубты 0,286нм приодымен 768 ⁰С температураға дейін темір ферромагнитті. a - темірдің ферромагнит күйден парамагнитке өтетін 768 С-температурасын Кюри нүктесі деп атайды. γ - темірдің кристалл торы шекаралы орталықтанған кубты.

Көміртек – бейметалл элемент, атомдық номері 6, тығыздығы 2,5 г/см³, балқу температурасы 3500 ⁰ С. Көміртекті темірде сұйық және қатты күйде ерітеміз, сондай-ақ химиялық қосылыс – цементит түрінде болады, ал жоғары көмірсутекті балқымада – графит түрінде болады.

Көміртек цементит түрінде темірге сүйеніп сұйық фаза мен қатты ерітіндіде тепе-теңдікте немесе сыртқы жағдайға сай графит түрінде бола алады. Бұл жағдай «темір – көміртек» күй диаграммасының екі нұсқасын анықтайды. Үлкен тәжірибелік маңызды метастабильді диаграмма алады. Бұл диаграмманың көмегімен тек өзгеруді ғана емес, сонымен қатар болат пен ақ шойында өтетін термоқайта өңдеуде теміркөміртекті бақылмада таңдауда түсіндіріледі. Бұл балқыма негізгі компонеттермен қатар тұрақты технологиялық қоспаларды анықтайды.

Таза темір-күміс-алтын түсті металл.Атом номері 26,атом массасы 55,85,атом радиусы 1,27 А. Қазіргі уақытта алына алатын таза темір 99,999% Fe құрайды.Темірдің техникалық сорты 99,8-99,9% Fe құрайды. Темірдің балқу температурасы 1539ºC.Екі полиморфты модификациясы белгілі:α және γ. α модификация 910 ºC төмен және 1392 ºC температурада болады. α темірдің 1392-1539 температуралар интервалы жиі δ-темір дп белгіленеді.

α –темірдің кристалл торы-2,8606 А тор периодты көлемді центрленген куб. 768 ºC температураға дейін α-темір магнитті(ферромагнитті).Магнитті ауысуға сәйкес,яғни ферромагнитті күйден парамагнитті күйге ауысу критикалық нүктесін (768) Кюри нүктесі деп атайды және А₂ деп белгілейді.

Темірдің магнитті қасиеттері оның тазалығына және термиялық өңдеу режиміне қатты байланысты. 99,8-99,9% Fe құрайтын техникалық темір үшін максимальді магнитті өтімділік μ_max=5000-10000 Гс/Э және коэрцитивті күш Н_с≈0,5-1 Э; 99,999% Fe құрйтын темір үшін μ_max=28000 Гс/Э және коэрцитивті күш Н_с≈0,025 Э. α-темір тығыздығы 7,68 г/см³.Темірдің сызықты кеңеюінің температуралы коэффициенті 11,7·10^-6 ºС^-1, меншікті кедергісі 10*10⁶Ом*см и жылуөткізгіштік коэффициенті 0,20кал/(с*смºС).910-1392ºС температурада γ-темір болады,ол парамагнитті. 910 ºС α↔γ ауысу критикалық нүктесі сәйкесінше А_с3(қыздырғанда) және А_r3(салқындағанда) белгілейді. 1392ºС α↔γ ауысу критикалық нүктесі

А_с4 және А_r4 белгілейді.

γ-темірдің кристалл торы – 910 ºС температурада периоды 3,645 А қырлы центрленген куб. γ-темір тығыздығы α-темірден жоғары, 8,0-8,1г/см³тен. α↔γ ауысу кезінде қысылу жүреді. Қысылудың көлемді әсері шамамен 1,0%.

Темір-көміртек жүйесінде түзілетін фазалардың атомды-кристалды құрылымы. Темір-көміртек және темір-цементит жүйелерінің фазалық диаграммалары.

Көміртек II периодтың 4 топ металл емес элементі,атом номері 6,тығыздығы 2,5 г/см³,атом массасы 12,011,балқу температурасы 3500 ºС,атом радиусы 0,77 А. Көміртек полиморфты. Кәдімгі жағдайда ол графит модификациясы түрінде болады,бірақ алмаздың метастабильді модификациясы түрінде болуы мүмкін.

Көміртек темірде қатты және сұйық күйде ериді,сондай –ақ химиялық қосылыс түрінде-цементит түрінде,ал жоғарыкөміртекті қорытпаларда графит түрінде болуы мүмкін.

Фазалар. Fe-С жүйесінде келесі фазаларды ажыратады:сұйық қорытпа,қатты ерітінділер-феррит пен аустенит,және де цементит пен графит.

Феррит (Ф)- α-темірдегі көміртектің қатты ерітіндісі. 0,02% дейін көміртектің еритін төмен температуралы α-темір және көміртектің еру шегі 0,1% болатын жоғары температуралы δ-темірді айырады.Көміртек атомы феррит торында R _Fe 0,29 темір атом радиусы бар куб қырының центрінде және вакансияларда,дислокацияларда орналасады.Микроскоп астында феррит біртекті полиэдрлі түйіршіктер түрінде көрінеді.

Феррит(0,006% С) келесі механикалық қасиеттерге ие:σ_в=кгс/мм²,σ_0,2=12 кгс/мм² , δ=50%,ψ=80%,.НВ=80-90.

Аустенит(А)- γ-темірдегі көміртектің қатты ерітіндісі. γ-темірдегі көміртектің еру шегі 2,14%. γ-темірде көміртек атомы R _Fe 0,41 темір атом радиусы сиятын элементар ұяшық ортасында және кристалдың ақау аймақтарында орналасуы мүмкін.

Аустенит микроқұрылымы полиэдрлі түйішіктер.

Цементит. Темірдің көміртекпен химиялық қосылысы-темір карбиді Fe₃C. Цементитте 6,67% көміртек бар. Цементит атомдардың тығыз қаптамасы бар күрделі ромбты торға ие. Цементиттің балқу температурасы дәл анықталмаған,өйткені ол ыдырауы мүмкін және шамамен 1550 ºС деп алынады.210 ºС(А₀ нүктесі) температураға дейін цементит ферромагнитті. Цементиттің ереше сипатына жоғары қаттылық (НВ-800-850) және өте аз пластикалық жатады. Цементит метастабильді фаза болып табылады. Көміртектің жоғары мөлшерлі қорытпаларда тепе-тең жағдайда графит түзіледі.

Графит. графиттің кристалл торы қабатталғангексагональді.Тордағы ато аралық қашықтықтар көп емес және 1,42 А құрайды,жазықтық арасындағы қашықтық 3,40А. Графит жұмсақ және төмен беріктілікке ие.