1.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fе3c)

Рис. 1.1. Диаграмма состояния железо-углерод

Эта диаграмма характеризует состояния железоуглеродистых сплавов - сталей и белых чугунов с концентрацией углерода от 0 до 6,67%С. Концентрация 6,67 % С соответствует содержанию углерода в карбиде железа Fe₃С. Карбид железа Fe₃С не является стабильным и легко распадается с образованием углерода.

1.3. Структурные составляющие в системе Fe – Fe3с

Феррит - твердый раствор внедрения углерода в  - (ОЦК) железе. Различают низкотемпературный (Fе_) и высокотемпературный (Fe_) феррит. Феррит, является твердым раствором внедрения. Атомы углерода располагаются в решетке  -Fe в межузлиях. Из-за малых размеров этих пор в ОЦК-решетке (0,291 г, где r - радиус атома железа) значительная часть атомов углерода располагается на дефектах (вакансиях, дислокациях). Этим объясняется малая растворимость углерода в  -Fe. Максимальная концентрация углерода в феррите - 0,02 % при 727°С, а при комнатной температуре - 0,006 %.

Феррит мягок и пластичен. Он имеет следующие механические свойства:

_в = 250 МПА; _о,2 = 120 МПА;  = 50 %;  = 70 %;

KCU = 2,5 МДж/м²; НВ = 80 кгс/мм².

Так же, как и -Fe, феррит магнитен до 768 °С.

Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных светлых зерен. Обозначают феррит буквой Ф (либо -фаза).

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в  - (ГЦК) железе. Кристаллическая решетка аустенита - ГЦК. Размер пор в ГЦК-решетке почти в 2 раза больше, чем в ОЦК-решетке. Поэтому растворимость углерода в -Fe больше, чем в  - Fe. Максимальная концентрация углерода в аустените - 2,14 % при 1147 °С и 0,8 % при 727 °С. Аустенит, так же как и  -Fe, немагнитен (парамагнитен). Аустенит пластичен  = 40  50 %, НВ = 160  200 кгс/мм². Обозначают аустенит буквой А (либо  - фаза). Аустенит имеет пластинчатое строение с прямыми границами.

Цементит - химическое соединение Fe₃С и содержит 6,67% С (карбид железа). Кристаллическая решетка цементита - сложная. Он тверд (HV = 1000, НВ=800 кгс/мм²), легко царапает стекло и хрупок. Условно температуру плавления цементита считают ~ 1250°С, хотя он до этого не доходит и распадается на железо и графит. Обозначают це­ментит буквой Ц (или Fe₃С).

Перлит – механическая эвтектоидная смесь феррита и цементита, содержит 0,8%С. Образуется из аустенита при температуре Т=727 ⁰С.

 = 25 %; НВ = 250 кгс/мм².

Под микроскопом перлит выглядит в виде зерен с пластинчатым или зернистым чередованием феррита и цементита. Обозначают перлит буквой П.

Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита (после первичной кристаллизации) либо перлита и цементита (после перекристаллизации). Содержит 4,3%С.

 = 1 %; НВ = 600 кгс/мм².

Под микроскопом перлит выглядит в виде зерен с серыми зернами перлита на белом фоне цементита. Обозначают перлит буквой Л.

1.4. Характеристика отдельных точек и линии диаграммы Fe-Fe3с

А - температура плавления чистого железа (1539 °С)

Д - температура плавления цементита (Т_L ~ 1250°С)

N - Т(  ) = 1392°С полиморфные

G - T(  ) = 911°С превращения

АВСCD - линия ликвидуса (начало первичной кристаллизации).

АHIЕCF – линия солидус (окончание первичной кристаллизации).

HJB – перитектическая горизонталь (1499 ⁰С).

ECF - эвтектическая горизонталь (1147 ⁰С).

PSK - эвтектоидная горизонталь (727 ⁰), линия окончания вторичной кристаллизации у сталей, линия перекристаллизации чугунов, точки А₁ для сплавов.

GSE – линия начала вторичной кристаллизации у сталей, точки А₃ для сплавов.

SE - линия предельной растворимости углерода в  -Fe

NH и NJ - начало и конец полиморфного превращения высокотемпературного феррита в аустенит (и аустенита в феррит), точки А₄ для сплавов.

PQ - линия предельной растворимости углерода в - Fe.

Левая верхняя часть диаграммы представляет экзотический интерес, поэтому мы не будем подробно ее рассматривать.

Эвтектика (точка С) – механическая смесь, образующаяся при кристаллизации жидкого раствора.

Эвтектоид (точка S) – механическая смесь, образующаяся при распаде твердого раствора.

Перитектика (точка J) – твердый раствор, образованный из двух других фаз, отличных от образованной фазы.

Все сплавы железа с углеродом с содержанием до 2,14 %С называют сталями.

Стали классифицируют по структуре в зависимости от содержания углерода:

- сталь с С = 0,8 % - _ эвтектоидная сталь,

- сталь с С < 0,8 % - _ доэвтектоидная сталь

- сталь с С > 0,8 % - _ заэвтектоидная сталь

Сплав с концентрацией углерода < 0,02 % называют - техническим железом.

Сплавы с содержанием углерода более 2,14 до 6,67 %С, в которых кристаллизация происходит с образованием эвтектики (ледебурита), называются чугунами.

Существуют белые и серые чугуны. В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии Fe₃С. В серых чугунах цементит распадается с образованием свободного углерода – графита.

Белые чугуны по содержанию углерода делят на:

- доэвтектические (С < 4,3 %)

- эвтектические (С = 4,3 %)

- заэвтектические (С > 4,3 %)