работ, посвященных изучению сплавов железа с углеродом и диаграммы состояния системы Fe — С. Такого рода работы проводятся и в настоящее время. В них уточняются положения линий на диаграмме состояния в связи с применением более чистых веществ и более точных и современных методов.

Температура плавления железа равна 1539 + 5 °С. Железо образует две кристаллические модификации: а-железо и v-железо. Первая из них имеет кубическую объемноцентрированную решетку, вторая — кубическую гранецентрированную. а-Железо термодинамически устойчиво в двух интервалах температур: ниже 912 °С и от 1394 °С до температуры плавления. Между 912 и 1394 °С устойчиво v-железо, Температурные интервалы устойчивости а- и у-же-

леза обусловлены характером изменения энергии Гиббса обеих

модификаций при изменении температуры (см. рис. 166). При тем-

пературах ниже 912 и выше 1394 °С энергия Гиббса а-железа

меньше энергии Гиббса ^-железа, а в интервале 912—1394 °С—?

больше. :

Температуры фазовых превращений железа хорошо видны на кривой охлаждения в виде остановок — горизонтальных площадок (см. рис. 167). Как видно, кроме площадок, отвечающих перечисленным точкам, на кривой охлаждения имеется еще одна остановка — при 768 °С. Эта температура связана не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств а-железа. При температурах выше 768 °С железо немагнитно, а ниже 768 °С — магнитно. Немагнитное а-железо иногда называют р-железом, а модификацию а-железа, устойчивую при температурах от 1392 °С до плавления, — б-железом*

Железо — серебристый пластичный металл. Оно хорошо под* дается ковке, прокатке и другим видам механической обработки. Механические свойства железа сильно зависят от его чистоты —-от содержания в нем даже весьма малых количеств других эле^ ментов.

Твердое железо обладает способностью растворять в себе мно-. гие элементы. В частности, растворяется в железе и углерод. Его растворимость сильно зависит от кристаллической модификации железа и от температуры. В а-железе углерод растворяется очень незначительно, в у-железе — гораздо лучше. Раствор в у-железе термодинамически устойчив в более широком интервале температур, чем чистое у-железо. Твердый раствор углерода в сс-железе называется ферритом, твердый раствор углерода в у-железе— аустенитом.

Содержанию в железе 6,67 % (масс.) углерода отвечает химическое соединение — карбид железа, или цементит, РезС Это веще*

/в

Жыдниа сплаб -

/ 4

N/ 1147 ^ч?/ F -

Ay mum / I |

С / I

4 / $ I 7 f 8 -

JT 1 Z?7 ! К -

(\ 10 I // I

ь—Ц—:—r4- « !

i i i 13

FE

0,81 22,14 д 4 4J 5

Рис. 168. Диаграмма состояния системы железо — углерод.

ство имеет сложную кристаллическую структуру и характеризуется высокой твердостью (близка к твердости алмаза) и хрупкостью. При температуре около 1600°С цементит плавится .

Механические свойства феррита и аустенита зависят от содержания в них углерода. Однако при всех концентрациях углерода феррит и аустенит менее тверды и более пластичны, чем цементит.

Диаграмма состояния системы железо — углерод, дающая представление о строении железоуглеродных сплавов, имеет очень большое значение. С ее помощью можно объяснить зависимость свойств сталей и чугунов от содержания в них углерода и от термической обработки. Она служит основой при выборе железоуглеродных сплавов, обладающих теми или иными заданными свойствами. На рис. 168 приведена часть диаграммы состояния системы Fe—С, отвечающая содержанию углерода от 0 до 6,67 %, или, что то же самое, от чистого железа до карбида Fe3C. Это самая важная часть диаграммы, поскольку практическое применение имеют сплавы железа, содержащие не более 5 °/о углерода.

Диаграмма состояния системы Fe—С сложнее, чем рассмотренные в главе XVI основные типы диаграмм состояния металлических систем. Однако все ее точки, кривые и области подобны тем, которые были описаны в § 195. Особенности ее обусловлены уже упомянутыми обстоятельствами: существованием двух модификаций кристаллического железа, способностью обеих этих модификаций

образовывать твердые растворы с углеродом, способностью железа вступать з химическое соединение с углеродом, образуй цементит.

Левая ось диаграммы соответствует чистому железу, правая — карбиду FesC (цементиту). Точки А и D показывают температуру плавления железа и карбида, точки G и N — температуры превращений а- и у-железа друг в друга.

Линия ABCD— это кривая температур начала кристаллизации жидких сплавов, линия AHJECF — кривая температур начала плавления твердых сплавов. Все линии, лежащие ниже последней кривой, отвечают равновесиям между твердыми фазами.

Область, лежащая выше линии ABCD, отвечает жидкому сплаву. Области, примыкающие к левой вертикали, соответствуют твердым растворам углерода в железе: линия ANN ограничивает область твердого раствора углерода в а-железе при высоких температурах (область высокотемпературного феррита), линия NJESG ограничивает облас