Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

Углерод является неметаллическим элементом. Температура плавления углерода 3500 °С. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может находиться в виде химического соединения FeC - цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.

Рис. 55. Микроструктура феррита (а) и аустенита (б) при 950 "С, Х400

В системе Fe-С различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы - феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит (Ф) - твердый раствор углерода в а-железе. Различают низкотемпературный а-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный б (а)-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1 %. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29 атомного радиуса железа R, а также в вакансиях, на дислокациях и т. д. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен (рис. 55, а).

Феррит (0,006 % С) имеет примерно следующие механические свойства: = 250 МПа; а,, = 120 МПа; б = 50 %; Tj; = 80 %; НВ 80-90.

Аустенит (А) - твердый раствор углерода в у-же-лезе. Предельная растворимость углерода в 7-железе 2,14 %. Атом углерода в решетке -железа распола-

гается в центре элементарной ячейки (см. рис. 38, б), в поре, которая может быть представлена в виде сферы радиусом 0,41/?, и в дефектных областях кристалла.

Различные объемы пор и их числа в о. ц. к. и г. ц. к. решетках и предопределили значительно большую растворимость углерода в у-железе по сравнению с «-железом. Микроструктура аустенита - полиэдрические зерна (рпс. 55, б).

UejUeHinum - это химическое соединение железа с углеродом - карбид железа FcgC. В цементите содержится 3,67 % углерода. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена в связи с возможностью его распада и принимается равной примерно 1250 °С. До температуры 210 °С цементит ферромагнитен. К характерным особенностям цементита относится высокая твердость (НВ 800) и очень малая пластичность. Цементит является метаста-бнльной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.

Графит. Кристаллическая решетка графита - гексагональная слоистая. Графит мягок, прочность и электропроводность его низкие .

Диаграмма состояния яселезо-цементит {метастабильное равновесие)

На рис. 56 приведена диаграмма состояния железо- цементит. Она показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67 %).

Точка А (1539 °С) на диаграмме соответствует те1И-пературе плавления чистого железа, а точка D - температуре плавления цементита ¥еС. Точки N (1392 °С) и G (91! °С) соответствуют полиморфному превращению 7-железа i: а-железо. Точка Е характеризует предельную растворимость углерода в -железе при 1147 °С (2,14 % С).

Процесс кристаллизации сплавов начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линия ликвидус). Конец затвердевания соответствует

При разложении некоторых органических соединений получают углеродные (графитные) волокна, обладающие высокой прочностью, поэтому их используют для армирования алюминиевых сплавов.

температурам, образующим линию солидус AHJECF.

Верхний левый угол диаграммы характеризует превращения, связанные с аллотропическим превращением а ф) у при высоких температурах. При температурах, соответствующих линии АВ, из жидкости вы-

fiymSum

ipi;ppuni(aj 700

fejCmSOO

О 10 20 30 W 50

Рис. 6В. Диаграмма состояния Fe-FcjC

70 80 SD?Z,%

деляются кристаллы твердого раствора углерода в а-железе (б-раствор) - феррит (Ф).

В сплавах с содержанием до 0,1 % С кристаллиза-щ-5Я заканчивается при температурах, соответствующих линии АН с образованием феррита (б-твердого раствора). HJB - линия перитектического превращения, протекающего при постоянной температуре (С = = 2 4- 1 - 3 = 0). Результатом перитектического превращения является образование твердого раствора углерода в -железе, т. е. аустенита (Л).

Сплавы, содержащие от 0,1 (точка Н) до 0,16 % С (точка /), испытывают перитектическое превращение Жв -\- Фн Ф) Фи + j, в результате которого образуется двухфазная структура Ф (б-раствор) -f А