Первичная кристаллизация

СТАТЬЯ

§ 2. СТРУКТУРА СТАЛЕЙ

1. Первичная кристаллизация

Механические свойства стали являются следствием структуры стали, ее строения. Строение стали является результатом тех изменений, которые она перенесла во время металлургического процесса и прокатки при производстве металлоконструкций.

Сталь является сплавом чистого железа с углеродом или, правильнее говоря, с карбидом железа Fc3C  цементитом, если не говорить о других добавках, имеющих все же второстепенное значение.

Во время процесса изготовления металлоконструкций железо и все его компоненты находятся в жидкой фазе в форме однородного раствора, и структура стали начинает образовываться с момента ее застывания.

На заводе металлоконструкций превращения структуры стали во время ее охлаждения определяются известной диаграммой состояния стали, участок которой для малоуглеродистой стали помещен на фиг. 91. Диаграмма эта показывает температуры превращения стали из одного состояния в другое в зависимости от содержания углерода.

Для строительных сталей со средним содержанием углерода около 0,15% застывание начинается при температуре, несколько большей 1500°.

Тогда из жидкой фазы, представляющей собой жидкий раствор углерода и других присадок в железе, при производстве металлоконструкций начинают образовываться, исходя из различных очагов кристаллизации, кристаллы твердого раствора углерода в железе (участок // диаграммы) или твердого раствора цементита в железе.
В изготовлении металлоконструкций при кристаллизации атомы железа располагаются в определенном порядке, так что соседние шесть атомов помещаются в вершинах углов куба с длиною ребра около 3 А (ангстремов, 3∙0-8 см), образуя так называемую кубическую решетку, характерную для большинства металлов.

 

 

В первый момент атомы располагаются так, что соседние решетки переплетаются друг с другом, будучи сдвинуты на половину куба, вследствие чего в центре каждого куба располагается атом, принадлежащий соседней решетке (фиг. 92). Такая суммарная решетка называется пространственно центрированной, а модификация железа, ей отвечающая, Feδ (8-железом). При температуре 1486 жидкая фаза переходит в твердую, однако атомы при таких температурах настолько подвижны, что указанная структура оказывается неустойчивой и вскоре появляются кристаллы с более плотным размещением атомов, именно таким, что в центре грани каждого куба располагается атом соседней решетки(фиг. 93). При изготовлении металлоконструкций  такая решетка называется решеткой с центрированными гранями и является результатом переплетения шести элементарных решеток. Расстояние между атомами по ребру решетки при этом увеличивается до 3,36 А. Железо, ей отвечающее, называется Fey (γ-железом), а раствор цементита в Feγ — аустеннтом и является основной модификацией стали при высоких температурах (V/ участок диаграммы фнг. 91). При температуре 1450° вся сталь  превращена в аустенит (V// участок).

При содержании углерода в металлоконструкции меньше 0,1% сталь вся застывает в виде Feδ (V участок), и только потом появляются кристаллы Fey. Эта кристаллизация металла называется первичной, и so время ее происходит рост зерна. Рост исходит из центров кристаллизации таким образом, что к одному кубу атомов притягивается другой до тех пор, пока надстройка кубов не столкнется с другой надстройкой, исходящей из другого центра кристаллизации.

На заводе металлоконструкций в результате кристаллизации образуется зерно, кристаллит, ограниченное неправильной поверхностью, причем каждое зерно в соответствии с направлением кристаллизации имеет свое расположение кубов-атомов (фиг. 94). Между зернами образуются прослойки неупорядоченных атомов, не попавших в кристаллическую решетку, вследствие одновременного притяжения несколькими центрами кристаллизации. Здесь же осаждаются примеси, не вошедшие в твердый раствор. Величина зерна зависит от числа очагов кристаллизации, скорости кристаллизации и режима металлургического процесса. Легирующие присадки в Mn, Si, Ni, Р при малых количествах, которые имеются в строительных сталях металлоконструкций, находятся в твердых растворах с Feγ. Присутствие их незначительно сдвигает указанные точки фазовых превращений.

Если нашли ошибку то выделите 2-3 слова и нажмите Ctrl+Enter

Отправить ответ

avatar

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: