эдрическую решетку с ковалентной
связью между атомами, находящимися на расстоянии 1,545 •
10—8 см. Алмаз — самый твердый из существующих в природе
минералов, что объясняется значительной энергией связи между атомами
(712,3 кДж/г-ат).
В системе Ре — С различают
следующие фазы: жидкий раствор, твердые растворы (а-феррит, аустенит,
6-феррит), а также высокоуглеродистые фазы — графит и
цементит.
Структура жидкого раствора
углерода в железе зависит от концентрации углерода в расплаве.
Особенностью жидкого раствора является склонность к образованию
различных типов ближнего порядка в расположении атомов. При содержании
углерода менее 0,2 % и более 0,6 % жидкость имеет ближний порядок в
размещении атомов железа, близкий соответственно к ОЦК и ГЦК
решеткам, при этом атомы углерода занимают позиции внедрения. Интервал
концентраций углерода 0,2—0,5 % считают переходным от ОЦК и ГЦК. В случаях
высоких концентраций углерода (более 2 %) ближний порядок в
расположении атомов железа соответствует ГП решетке, атомы углерода
имеют тенденцию к образованию группировок, что приводит к нарушению
микронеоднородности жидкости.
Твердые растворы образуются на
базе а-, у- и 6-модификаций железа в результате растворения атомов
углерода по типу внедрения. Твердые растворы а- и 6-ф е р р и т
имеют ОЦК решетку, аустенит — ГЦК решетку. Предельная
растворимость углерода в а — Ре (а-феррите) при 727 °С составляет 0,025 %,
в -у — Ре (аустените) при 1147 °С — 2,06 %, в 6 —Ре (б-феррите) при 1499
°С — 0,1 %. Различные объемы элементарных пустот между атомами в ОЦК и ГЦК
решетках предопределяют различную растворимость углерода.
Феррит ферромагнитен
до температуры 768 °С. При температуре 20 °С он имеет следующие
механические свойства: ов = 250 МПа; от = 120 МПа; 6
= 50 %; ф = 80 %; НВ = 80—90. Аустенит обладает высокой
пластичностью, низкими пределами текучести и проч-н>сти при высоких
температурах.
Высокоуглеродистая фаза в
системе Ре — С может быть стабильной (графит) и метастабильной
(цементит). Графит — это почти
чистый углерод. Строго говоря, графит содержит немного железа, однако
растворимость в нем железа очень мала.
Цементит представляет собой карбид железа
Ре8С, имеющий орторомбическую решетку. Согласно формуле, в
цементите находится около 6,67 % 'С. Это метастабильная фаза, которая при
высоких температурах распадается с образованием графита и богатого
железом раствора. Ниже температуры 210 °С цементит магнитен. Цементит —
очень твердая (НУ « 1000), но хрупкая фаза.
В зависимости от условий
охлаждения превращения в Ре — С сплавах проходят в условиях стабильного
(при медленном охлаждении) или метастабильного равновесия (при
быстром охлаждении). Соответственно различают две диаграммы состояния
(рис. 3.3.).
Диаграмма состояния стабильного
равновесия сплавов показана на рис. 3.3, а. В табл. 3.1 приведены
координаты точек диаграммы. Диаграмма характеризует фазовые равновесия в
химически чистых сплавах. В качестве высокоуглеродистой фазы в условиях
стабиль-
