Строительные материалы и изделия

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОУГЛ ЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Металлы, как и другие вещества, могут существовать в различных кристаллических формах (модификациях). Это явление называется полиморфизмом.

Полиморфные превращения в металлах происходят при изменении температуры. Так, при температуре свыше '723° С железо переходит из a-модификации в у-модификацию, при этом изменяются физико-ме­ханические свойства металла. При резком охлаждении металла высо­котемпературные модификации могут и не переходить в низкотем­пературные. На этом, например, основана термообработка металлов (закалка, отпуск, нормализация).

Химически чистые металлы на практике используют редко. Это связано с трудностью получения чистых веществ, а также с возможно­стью получать металлы с определенными требуемыми свойствами путем создания различных сплавов.

В металловедении различают три типа сплавов: твердый раствор,

! механическую смесь, химическое соединение. Если атомы входящих в ; состав сплава элементов незначительно отличаются размером и стро - ' ением электронной оболочки, то они могут образовывать общую ■ кристаллическую решетку. Сплав с таким строением называют твердым раствором. Если элементы сплава не образуют твердого раствора, а : каждый из них кристаллизуется самостоятельно, то такой сплав назы - вают механической смесью. Если элементы сплава вступают в химиче - ское взаимодействие, образуя новое вещество, такой сплав называют! химическим соединением. Практически сплавы могут сочетать в себе все три типа строения, г Рассмотрим зависимость свойств сплава от его состава и строения і на примере железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов). s Чистое железо — серебристо-белый мягкий пластичный металл, почти не окисляющийся на воздухе. Прочность его значительно ниже прочности стали и чугуна. При производстве в черные металлы в виде примесей к железу попадают углерод, кремний и некоторые другие

ещества. Наибольшее влияние на их свойства оказывает углерод, одержащийся в количестве 0,5...5 %.

Способность железа растворять углерод и другие элементы служит сновой для получения разнообразных сплавов.

Углерод, растворяясь в железе, образует твердые растворы. В низ - ютемпературной модификации железа (a-железе) растворяется мало углерода (до 0,02 %), такой раствор называют ферритом. Феррит обла­дает низкой твердостью и высокой пластичностью. Чем больше в сплаве содержится феррита, тем он мягче и пластичнее. Высокотемпературная модификация железа (у-железо) лучше растворяет углерод (до 2 %), образуя твердый раствор аустенит, также характеризующийся высокой пластичностью.

Химическое соединение железа с углеродом — карбид железа, в, котором содержится 6,67 % углерода, называют цементитом. Цементит хрупок и имеет высокую твердость. Чем больше цементита в сплаве, тем он более твердый и хрупкий. В некоторых случаях (например, в присутствии больших количеств кремния) цементит не образуется, а углерод выделяется в виде графита (в сером чугуне).

В сталях и чугунах феррит, аустенит и цементит существуют в виде механических смесей. Иными словами, сталь и чугун — поликристал - лические материалы, свойства которых зависят как от химического состава (количества железа, углерода и других примесей), так и от структуры (типа и размера кристаллов). Например, при нагревании до температуры выше 723° С твердая и прочная углеродистая стадь, со­стоящая из смеси феррита и цементита, становится мягкой и прочность ее падает, так как смесь феррита и цементита переходит в аустенит — раствор углерода в у-железе. На этом основана горячая обработка (прокат, ковка) углеродистых сталей. Этим же объясняется резкое падение прочности стальных конструкций при нагреве во время пожа - ра.