Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Диаграмма состояния железо-углерод (цементит) является фундаментом науки о стали и чугуне (рисунок 1.19). Она характеризует фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67%С). Следовательно, компонентами этих сплавов являются железо и цементит.

Линия АВС - ликвидус, а линия АDВЕ - солидус. Форма этих линий показывает; что данная диаграмма состоит из диаграммы типа "эвтектика" (от точки D до точки Е).

По линии АВ из жидкого раствора начинают выпадать кристал­лы твердого раствора углерода в гамма-железе (γ - Fe), который называется Аустенитом ( аустенит А – по имени англ. металлурга У.Робертса-Аустена). В области АВD будет находиться смесь двух фаз - жидкого раствора L и аустенита А. По линии ВС из жидкого раствора начинают выпадать кристаллs цементита Ц. В области ВЕС находится смесь двух фаз - жидкого раствора L и цементита Ц. В точке В при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита и обра­зуется их тонкая механическая смесь - эвтектика, называемая ледебуритом (по вмени немец. металлурга Д.Лецебура).

Рисунок 1.19 - Диаграмма состояния Fe+C

Ледебурит (эвтектика) присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С. Эти сплавы относятся к группе чугуна.

Точка D соответствует предельному насыщении железа углеро­дом 2,14%. Сплавы, содержащие менее 2% углерода относятся к группе стали. .

Линии GSD, KSF и GKQ показывают, что в сплавах в твердом со­стоянии происходят изменения структуры (вторичная кристаллиза­ция). Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода Fe из одной модификации в другую, а также в связи с изменением растворимости углерода в железе.

При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита (Ф) - твердого раствора углерода в λ - железе, а по линии SD- цементита (Ц) вторичного. В точке S при содержании 0,83% углерода весь аустенит при температуре 723°С рас­падается и одновременно образуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - эвтектоид (т.е. подобный эвтектике), который называется перлитом (П). По линии KSF происходит распад всего аустенита, оставшегося в любом сплаве, с образованием перлита, поэтому линия KSF называетcя линией перлитного (эвтектоидного) превращения. Прямая DEB- линия эвтектического (ледебуритного) превращения. По линии МО при температуре 768°С происходит магнитное превращение выпавших кристаллов феррита, то есть не­магнитный феррит становится магнитным. По линии KQ при дальней­шем понижении температуры феррит распадается с выделением тре­тичного цементита (Ц3). Содержание углерода в феррите постепен­но понижается от 0,025% при 723°С до 0,006% при О°С.

Свойства сплавов зависят и от состава и от структуры. Феррит - фаза мягкая и пластичная; цементит, наоборот, придаёт стали твердость и хрупкость ; перлит содержит 1/8 цементита и поэтому имеет повышенную твердость и прочность по сравнению с ферритом; ледебурит хрупкий, он содержится только в чугунах. Аустенит об­ладает высокой пластичностью и прочностью. Сплавы, содержащие <= 0,02% углерода (точка К), называют техническим железом.

1.3.Основные свойства и параметры материалов.