Железоуглеродистые сплавы. 
Технология металлов и сварка

Железо — металл серебристо-серого цвета, четвертого периода, восьмой группы таблицы Д. И. Менделеева, обладающий очень высокой пластичностью. Чистое железо содержит не более 0,01% примесей и является очень дорогим металлом. На практике применяют техническое железо, содержащее до 0,01% в сумме примесей (С, Mn, Si, S, P и др.).

Механические свойства железа в зависимости от степени его чистоты и величины зерен изменяются в следующих пределах:

• — твердость по Бринеллю НВ 580−800 МН/м²(МПа);
• — предел прочности при растяжении 180−280 МН/м²(МПа);
• — удлинение 30−50%;
• — сжатие 70−80%;
• — ударная вязкость 16−20 МДж/м².

В промышленности применяют сплавы железа с углеродом, кремнием, марганцем, хромом, никелем и другими элементами. Если в сплаве железа содержится до 2% углерода, его называют сталью, если более 2% углерода — чугуном.

Углерод — неметаллический элемент второго периода, четвертой группы, имеет три аллотропические модификации: уголь, графит и алмаз. Графит имеет незначительную прочность и слабо выраженные металлические свойства.

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов можно рассмотреть под микроскопом на полированном и травленном шлифе.

Феррит (Ф) — твердый раствор внедрения углерода в б-железо. Он мягкий (НВ 65−130), пластичный (40%), сильно магнитен, хорошо проводит тепло и электричество.

При комнатной температуре в феррите содержится 0,002%С, а при 727єС содержание углерода в феррите около 0,1%. В феррите кроме углерода может находиться некоторое количество кремния, марганца, фосфора и др. Кристаллическая решетка феррита — кубическая объемно-центрированная с координационным числом 8, такая же, как у чистого б-железа.

Цементит (Ц) — карбид железа Fe₃C. В нем содержится 6,67% С. Цементит имеет металлический блеск и сложную кристаллическую решетку, обладает большой твердостью (НВ 800) и хрупкостью. Он слабо магнитен, плохо проводит электрический ток и тепло. Температура плавления цементита около 1500єС. Цементит — неустойчивое химическое соединение и при высоких температурах распадается на железо и углерод по реакции Fe₃C = 3 Fe +С.

Аустенит (А) — твердый раствор внедрения углерода в г-железо, имеющий кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку с координационным числом 12. Аустенит немагнитен, сравнительно мягкий (НВ 170−200). Максимальная растворимость в нем углерода при 1147єС составляет 2%, при 727 єС — 0,8%.

Ледебурит (Л) — механическая смесь, состоящая из аустенита и цементита и содержащая 4,3% С. Образуется при затвердевании (с распадением на аустенит и цементит) из жидкого расплава при 1147 єС. В интервале температур 1147 єС — 727єС представляет собой механическую смесь аустенита и цементита. Ледебурит отличается высокой твердостью (НВ 700) и хрупкостью.

Перлит (П) — механическая смесь, состоящая из очень тонких пластинок или зерен цементита и феррита; образуется в результате распада аустенита при 727єС. Содержание углерода в перлите 0,8%. Перлит бывает пластичный и зернистый, что определяется формой цементита (пластинки или шарообразные зерна). Механические свойства перлита зависят от размеров и формы цементита — пластинчатого или зернистого (у =820 МН/м²; удлинение 15%, НВ 160).