Железоуглеродистые сплавы (структурный и фазовый составы).

Химическое соединение железа с углеродом в определённых пропорциях приводит к появлению карбида железа, который называется цементит. Обладая низкой растворимостью в любой фракции железа этот процесс возможен только при высокой температуре. Это обусловлено низкой растворимостью углерода в железе.Структура цементита имеет форму правильного ромба. Химическая формула цементита указывает на наличие в молекуле трёх атомов железа и одного атома углерода. Она записывается следующим образом Fe3C.

Кристаллическая решётка такого соединения выглядит достаточно сложно. Она состоит из нескольких геометрических фигур, которые называются октаэдрами. У каждого из октаэдров в одной из вершин расположен атом углерода. Общая связь атомов железа и углерода получается достаточно сложной. Как показала металлургия, отдельный атом углерода находится в окружении восьми атомов железа. У каждого атома железа имеет связь с тремя атомами углерода. Их главные оси ориентированы относительно друг друга под некоторыми углами. Проведенный нейтронографический анализ наглядно подтвердил, что решётка цементита имеет именно такую форму.

Перлитная структура в стали

Чтобы понять перлитную структуру рассмотрим сталь с содержанием углерода 0,77 %, например, сталь У8. Если нагреть ее до температуры 800 ºС и выдержать при этой температуре 1-2 минуты, то в высокотемпературном микроскопе она бы выглядела так, как показано вверху рисунка 1 – структура полностью аустенитных зерен.

После охлаждения до температуры ниже А1 – ниже 727 ºС – и выдержки при ней в течение 5-10 минут аустенитные зерна будут полностью заменены совершенно новыми зернами – перлитными, как это показано внизу рисунка 1.

В отличие от аустенитных или ферритных зерен перлитные зерна не являются единой фазой. Более того, они состоят из смеси двух фаз – феррита и цементита, образуя уникальную микроструктуру. Чтобы увидеть все детали этой микроструктуры маленькую область внутри перлитного зерна надо рассматривать при очень высоком увеличении, как это показано справа нижней части рисунка 1.

Материалы для производства силикатных бетонов

Основным вяжущим компонентом в силикатном бетоне выступает тонкомолотая известь кипелка или известь-пушонка, которая в сочетании с заполнителями и составляет основное сырье для производства силикатных бетонов. После добавления воды и последующей тепловой обработки в автоклавах, силикатобетонная смесь превращаться в прочное бетонное изделие.

Известь, применяемая для производства силикатных смесей должна отвечать следующим свойствам:

• средняя скорость гидратации;
• умеренный экзотермический эффект;
• вся фракция должна быть одинаково обожженной;
• MgO менее 5%;
• время гашения извести — 20 мин не более.

Недожог известковой массы приводит к повышенному расходу материала. Пережог снижает время гидратации извести, что приводит к вспучиванию, появлению трещин на поверхности изделий и др.

Известь

Известь, применяемая для производства силикатобетона, обычно используется в виде тонкомолотых известковых смесей следующего состава:

• известково-кремнеземистые — соединение извести и кварцевого песка;
• известково-шлаковые (известь и доменный шлак);
• известково-зольные — топливная сланцевая или угольная зола и известь;
• известково-керамзитовые и другие подобные компоненты, получаемые из отходов промышленного производства пористых заполнителей;
• известково-белитовые вяжущие, получаемые при низкотемпературном обжиге известково-кремнеземистой сухой смеси и кварцевого песка.

В качестве кремнеземистых заполнителей используют следующие материалы:

• кварцевый молотый песок;
• металлургические (доменные) шлаки;
• зола ТЭЦ.

Наиболее часто в качестве заполнителей выступают кварцевые пески средней и мелкой фракции, которые по своему составу должны выглядеть следующим образом:

• 80% и более кремнезема;
• менее 10% глинистых включений;
• 0,5% и меньше примесей слюды.

Крупные включения глины в структуре кварцевого песка снижают морозостойкость и прочность силикатного бетона.

Кварцевый песок

Тонкомолотый кварцевый песок оказывает значительное влияние на формирование высоких эксплуатационных свойств силикатных бетонов. Так, с повышением дисперсности частиц песка увеличивается морозостойкость, прочность и другие характеристики силикатных материалов.

При выборе составляющих для изготовления силикатного бетона необходимо знать следующее:

1. Расход вяжущего увеличивается пропорционально увеличению прочности бетона.
2. Снижение расхода вяжущих в составе силикатной смеси наблюдается при повышении дисперсности мелкого кварцевого песка, и увеличивается при повышении формовочной влажности силикатобетонного раствора.
3. Дисперсность молотого кварцевого песка должна быть в 2,5 раза ниже дисперсности молотой извести.

Цементит и феррит в перлите

Перлитная структура состоит из перемежающихся пластин феррита и цементита. Ферритные пластины являются намного толще, чем цементитные пластины. Они занимают 90 % всего объема зерна, по сравнению с оставшимися 10 % цементита.

На границах перлитных зерен происходит резкое изменение ориентации пластин, как это видно на микроструктуре реального стального образца под электронным микроскопом при увеличении х11000 (рисунок 2).

Рисунок 2 – Вид перлита под электронным микроскопом. Исходное увеличение х11000

На этой фотографии цементитные пластины – это светлая фаза, а ферритные – темная. Цементитные пластины имеют толщину всего 0,1 мкм – слишком мало, чтобы их можно было увидеть в световой микроскоп. Несмотря на то, что цементит является хрупким, а перлит – не отличается хрупкостью. Это объясняется малым размером пластин цементита и большой объемной долей пластичного феррита.

Материалы для производства силикатных бетонов

Основным вяжущим компонентом в силикатном бетоне выступает тонкомолотая известь кипелка или известь-пушонка, которая в сочетании с заполнителями и составляет основное сырье для производства силикатных бетонов. После добавления воды и последующей тепловой обработки в автоклавах, силикатобетонная смесь превращаться в прочное бетонное изделие.

Известь, применяемая для производства силикатных смесей должна отвечать следующим свойствам:

• средняя скорость гидратации;
• умеренный экзотермический эффект;
• вся фракция должна быть одинаково обожженной;
• MgO менее 5%;
• время гашения извести — 20 мин не более.

Недожог известковой массы приводит к повышенному расходу материала. Пережог снижает время гидратации извести, что приводит к вспучиванию, появлению трещин на поверхности изделий и др.

Известь

Известь, применяемая для производства силикатобетона, обычно используется в виде тонкомолотых известковых смесей следующего состава:

• известково-кремнеземистые — соединение извести и кварцевого песка;
• известково-шлаковые (известь и доменный шлак);
• известково-зольные — топливная сланцевая или угольная зола и известь;
• известково-керамзитовые и другие подобные компоненты, получаемые из отходов промышленного производства пористых заполнителей;
• известково-белитовые вяжущие, получаемые при низкотемпературном обжиге известково-кремнеземистой сухой смеси и кварцевого песка.

В качестве кремнеземистых заполнителей используют следующие материалы:

• кварцевый молотый песок;
• металлургические (доменные) шлаки;
• зола ТЭЦ.

Наиболее часто в качестве заполнителей выступают кварцевые пески средней и мелкой фракции, которые по своему составу должны выглядеть следующим образом:

• 80% и более кремнезема;
• менее 10% глинистых включений;
• 0,5% и меньше примесей слюды.

Крупные включения глины в структуре кварцевого песка снижают морозостойкость и прочность силикатного бетона.

Кварцевый песок

Тонкомолотый кварцевый песок оказывает значительное влияние на формирование высоких эксплуатационных свойств силикатных бетонов. Так, с повышением дисперсности частиц песка увеличивается морозостойкость, прочность и другие характеристики силикатных материалов.

При выборе составляющих для изготовления силикатного бетона необходимо знать следующее:

1. Расход вяжущего увеличивается пропорционально увеличению прочности бетона.
2. Снижение расхода вяжущих в составе силикатной смеси наблюдается при повышении дисперсности мелкого кварцевого песка, и увеличивается при повышении формовочной влажности силикатобетонного раствора.
3. Дисперсность молотого кварцевого песка должна быть в 2,5 раза ниже дисперсности молотой извести.

Перлит при комнатной температуре

Если теперь нашу сталь У8 с содержанием углерода 0,77 % охладить от 700 ºС до комнатной температуры, как показано на рисунке 1, то микроструктура значительно не изменится – не важно как медленно или как быстро ее охлаждать. Феррит будет оставаться почти чистым железом, а цементит – оставаться с содержанием углерода 6,7 % и с той же кристаллической структурой.

Согласно фазовой диаграмме, когда аустенит охлаждается ниже температуры А1 и выдерживается при ней короткое время, аустенит будет полностью заменятся смесью фаз феррит+цементит в том или другом виде. Дальнейшее охлаждение этой двухфазной смеси до комнатной температуры не дает никаких изменений в итоговой микроструктуре феррит+цементит.

Свойства силикатных бетонов

Основные свойства силикатных бетонов представлены следующими показателями:

1. Водопоглощение силикатных изделий, в зависимости от способа уплотнения бетонной смеси, равно 10–18%.
2. Морозостойкость высокопрочного силикатного бетона доходит до 100 циклов и более.
3. Высокая коррозийная стойкость – эти параметры незначительно отличаются от показателей цементного бетона.
4. Термостойкость.
5. Устойчивость к температурным и атмосферным воздействиям.
6. Низкая себестоимость производства готовых изделий.
7. Долговечность (до 70 лет).

Материалы для производства силикатных бетонов

Основным вяжущим компонентом в силикатном бетоне выступает тонкомолотая известь кипелка или известь-пушонка, которая в сочетании с заполнителями и составляет основное сырье для производства силикатных бетонов. После добавления воды и последующей тепловой обработки в автоклавах, силикатобетонная смесь превращаться в прочное бетонное изделие.

Известь, применяемая для производства силикатных смесей должна отвечать следующим свойствам:

• средняя скорость гидратации;
• умеренный экзотермический эффект;
• вся фракция должна быть одинаково обожженной;
• MgO менее 5%;
• время гашения извести — 20 мин не более.

Недожог известковой массы приводит к повышенному расходу материала. Пережог снижает время гидратации извести, что приводит к вспучиванию, появлению трещин на поверхности изделий и др.

Известь

Известь, применяемая для производства силикатобетона, обычно используется в виде тонкомолотых известковых смесей следующего состава:

• известково-кремнеземистые — соединение извести и кварцевого песка;
• известково-шлаковые (известь и доменный шлак);
• известково-зольные — топливная сланцевая или угольная зола и известь;
• известково-керамзитовые и другие подобные компоненты, получаемые из отходов промышленного производства пористых заполнителей;
• известково-белитовые вяжущие, получаемые при низкотемпературном обжиге известково-кремнеземистой сухой смеси и кварцевого песка.

В качестве кремнеземистых заполнителей используют следующие материалы:

• кварцевый молотый песок;
• металлургические (доменные) шлаки;
• зола ТЭЦ.

Наиболее часто в качестве заполнителей выступают кварцевые пески средней и мелкой фракции, которые по своему составу должны выглядеть следующим образом:

• 80% и более кремнезема;
• менее 10% глинистых включений;
• 0,5% и меньше примесей слюды.

Крупные включения глины в структуре кварцевого песка снижают морозостойкость и прочность силикатного бетона.

Кварцевый песок

Тонкомолотый кварцевый песок оказывает значительное влияние на формирование высоких эксплуатационных свойств силикатных бетонов. Так, с повышением дисперсности частиц песка увеличивается морозостойкость, прочность и другие характеристики силикатных материалов.

При выборе составляющих для изготовления силикатного бетона необходимо знать следующее:

1. Расход вяжущего увеличивается пропорционально увеличению прочности бетона.
2. Снижение расхода вяжущих в составе силикатной смеси наблюдается при повышении дисперсности мелкого кварцевого песка, и увеличивается при повышении формовочной влажности силикатобетонного раствора.
3. Дисперсность молотого кварцевого песка должна быть в 2,5 раза ниже дисперсности молотой извести.

Источники

• https://alit-stroi.ru/tehprocess/svojstva-cementita.html
• https://lfirmal.com/cementit-strukturnaya-sostavlyayushchaya-zhelezouglerodistyh-splavov/
• https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/diagramma-sostoyaniya-zhelezo-uglerod.html
• https://armatool.ru/cementit-struktura-svojstva-vidy/
• https://TechnoRama.ru/raboty/svojstva-cementita.html

Сплавы железа с углеродом

Железоуглеродистые сплавы могут содержать следующие структурные компоненты:

• Феррит (F) представляет собой твердый раствор, содержащий углерод и другие элементы в iron. It имеет объемно-центрированную кубическую решетку. Растворимость углерода в феррите очень мала, до 0,005% при комнатной температуре. При 727°C, самая высокая растворимость 0,02% феррита очень пластична, мягка и обрабатывается путем приложения давления в холодных условиях.

Аустенит (а) представляет собой твердый раствор углерода и других элементов G-iron. It присутствует только при высоких температурах. максимальная растворимость углерода в г-железе составляет 1147% при температуре 2,14°С и 727 ° с при 0,8%.Эта температура является нижним пределом присутствия аустенита в железоуглеродистом сплаве. Аустенит очень пластичен, но тверже феррита.

Рекомендации

1. ^ аб
   Смит и Хашеми, 2006 г., п. 363
2. Дюран-Шарр 2003 Ошибка harvnb: цель отсутствует: CITEREFDurand-Charre2003 (помощь)
3. Х. К. Д. Х. Бхадешия (2020). «Цементит». Международные обзоры материалов
   .
   65
   (1): 1–27. Дои:10.1080/09506608.2018.1560984.
4. Ашрафзаде, Милад; Солеймани, Амир Пейман; Панджепур, Масуд; Шаманян, Мортеза (2015). «Образование цементита из смеси гематит-графит путем одновременной термо-механической активации». Металлургические операции и операции с материалами B
   .
   46
   (2): 813–823. Дои:10.1007 / s11663-014-0228-3. S2CID 98253213.
5. Смит и Хашеми, 2006 г., стр. 366–372
6. S.W.J. Смит; W. White; С.Г. Баркер (1911). «Температура магнитного перехода цементита». Proc. Phys. Soc. Лондон
   .
   24
   (1): 62–69. Дои:10.1088/1478-7814/24/1/310.
7. Вагн Ф. Бухвальд, Справочник по железным метеоритам, издательство Калифорнийского университета, 1975 г.
8. Гуннар Хэгг, З. Крист.
   , Vol. 89, с. 92-94, 1934.
9. Смит, Уильям Ф. (1981). Структура и свойства инженерных сплавов
   . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607 .
10. Манникс, Лиам (31.08.2019). «Этот метеорит пришел из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал». Возраст
    . Получено 2019-09-14.