Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СТАЛИ. Растворение углерода в железе.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом. Основу стали составляет железо, а содержание углерода обычно не превышает 1,5%. Если нужно получить сталь с какими-нибудь специальными свойствами (высокой прочностью, устойчивостью против коррозии, жаропрочностью и т. п.), то в нее добавляют различные элементы: хром, никель, вольфрам и др. Элементы, вводимые в сталь, называются легирующими, а стали, имеющие специальные свойства, легированными или специальными. Суммарное содержание легирующих элементов обычно не превышает 30%, а часто бывает всего лишь 1—2%, и поэтому во всех случаях основой стали остается железо. Рассмотрим структуру железа.

Железо, как и все металлы, имеет кристаллическое строение. В каждом кристалле атомы железа располагаются в закономерном порядке, на определенном расстоянии друг от друга, образуя атомную решетку. Для того чтобы изобразить такую решетку, достаточно нарисовать кубик и расположить в нем девять атомов: восемь — на вершинах углов и один в центре (рис. 3,а). В самом деле, вся решетка представляет собой повторение такого кубика. Решетка такого типа, когда в центре каждого кубика располагается один атом, называется объемно-центрированной.

Если теперь нагреть железо, то по достижении определенной температуры (911 °С) произойдет перестройка атомов в более выгодное (в энергетическом отношении) положение, и образуется решетка, состоящая из кубиков с четырнадцатью атомами: восемью по вершинам углов и шестью — в центре каждой грани (рис. 3,б). решетка такого типа называется гранецентрированной.

Рис. 3. Объемно-центрированная (а) и гранецентрированная (б) решетки

Если в расплавленное железо добавить небольшое количество углерода, например 1%, то при затвердевании будут образовываться кристаллы железа с гранецентрированной атомной решеткой, внутри которой располагаются атомы углерода (рис. 4). Получится так называемый твердый раствор углерода в железе — аустенит. При повышенной температуре, когда железо имеет гранецентрированную решетку, в нее может внедриться до 2,14% С.

Рис. 4. Твердый раствор углерода в железе—аустенит

При снижении температуры до определенного предела атомная решетка железа перестраивается из гранецентрированной в объемно-центрированную. В такую решетку может внедриться всего лишь 0,025% С. Образующийся при этом твердый раствор углерода в железе с объемно-центрированной решеткой называется ферритом. Где же находится остальной углерод? Ведь мы добавили к железу 1%. Остальная часть углерода образует с железом химическое соединение F₃C, которое носит название цементит.