Основные свойства железа

ЖЕЛЕЗО - переходный ферромагнитный металл. Порядковый номер-26, атомная масса-55, 85, плотность-7784 кг/м³, (7,784 г/см³), температура плавления - 1539°С.

Чистое железо (99,9917%) имеет твердость по Бринеллю 490МПа (49 НВ). Технически чистое железо (99,9 - 99,8%) имеет твер­дость около 90 НВ, σ_В = 300 - 350 МПа (30-35 кгс/мм²), δ = 35 - 40%.

Особо важным свойством железа является его аллотропия, т. е. наличие нескольких кристаллических модификаций.

Низкотемпературное α железо (ниже 910^о С) и высокотем­пературное δ - железо (выше 1392^оС и до температуры плавле­ния) имеют одинаковую объемно центрированную кубическую решет­ку (ОЦК). В интервале температур 910 – 1392^оС стабильным является γ - железо с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Fe_β является немагнитной разновидностью Fe_α (при превращении α↔β в точке Кюри А₂ при температуре 768^о пространственная решетка не меняется).

С металлами железо образует твердые растворы замещения, а с углеродом, азотом, бором, водородом (имеющими малый радиус атомов) - твердые растворы внедрения.

Наиболее широкое примене­ние в различных отраслях промышленности получили железоуглеродистые сплавы - стали и чугуны.

УГЛЕРОД - порядковый номер 6, атомная масса 12,011, имеет плотность 2300 кг/м³, температуру возгонки около 3500 °С, может находиться в двух аллотропических модификациях: графит и алмаз.

Углерод в сплавах с железом может существовать в виде цементита (карбида железа Fe₃C) и в виде графита (свободный углерод). Цементит (800 НВ) является неустойчивым химическим соединением, имеет сложную орторомбическую кристаллическую решетку. При высокой температуре и продолжительной выдержке цементит распадается с образованием графита и аустенита. Этот процесс имеет важное практическое значение для высокоуглеродистых сплавов - чугунов. В сталях, где концентрация углерода сравнительно невысока, цементит имеет большую устойчивость.

Графит- углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.

Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»

Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы Fe-С. Это объясняется тем, чтог в технике наиболее широко применяются железоуглеродистые сплавы. Современный вариант диаграммы состояния «железо - углерод» приведен на рис. 6.1. Характерной особенностью этой диаграммы является то, что на ней нанесены две системы одновременно:система Fe – Fe₃C (железо - цементит)-метастабильная - и (железо - графит)-стабильная. Большое практическое значение имеет метастабильная диаграмма, т.к. с помощью этой диаграммы объясняют превращения, происходящие в сталях и белых чугунах. Диаграмма является основой для рационального выбора оптимальных режимов термической обработки железоуглеродистых сплавов.

Рис 6.1. Диаграмма состояния «железо-углерод»: I - метастабильная; 2 - стабильная