Фазовый состав

Диаграмма состояния Fe – Fе₃С (см. рис.6.1) характеризует фазо­вый состав и превращения в системе Fe – Fе₃С. Особенность диаграммы — наличие на оси составов двух шкал, показывающих содержание углеро­да и цементита. Координаты характерных точек диаграммы приведены в табл. 6.1.

Рис.6.1. Диаграмма состояния системы Fe – Fe₃C

Точка А определяет температуру плавления чистого железа, аD— температуру плавления цементита. Точки Nи Gсоответствуют темпера­турам полиморфных превращений железа. Точки Ни Рхарактеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемператур­ном и низкотемпературном феррите. Точка Еопределяет наибольшую концентрацию углерода в аустените. Значения остальных точек будут ясны после проведенного анализа диаграммы.

Превращения в сплавах системы Fe – Fе₃С происходят как при за­твердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кри­сталлизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ли­квидус (ABCD)и солидус (AHJECF).

Вторичная кристаллизация вы­звана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите; при понижении темпе­ратуры эта растворимость уменьшается.

Таблица 6.1

Характерные точки диаграммы состояния Fe-Fe₃C

Обозначение точки	t, °С	С, %
А
Н		0,1
J		0,16
В		0,51
N
D		6,69
Е		2,14
С		4,3
F		6,69
G
Р		0,02
S		0,8
К		6,69

Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ESи PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Цементит имеет почти неизменный состав (двойная вертикальная линия DFKQ). Выделяющийся из жидкости цементит называют первичным, из аустенита — вторичным, из феррита — третичным. Соответственно на диаграмме состояния CD— линия первичного цементита, ES— линия вторичного цементита; PQ— линия третичного цементита. В системе Fe происходят три изотермических превращения:

перитектическое превращение на линии HJB (1499°С)

Ф_Н + Ж_В Þ А_J;

эвтектическое превращение на линии ECF (1147°С)

Ж_С Þ [A_E + Ц];

эвтектоидное превращение на линии PSK (727°С)

A_S Þ [Ф_Р + Ц].

Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритомэвтектоидная смесь феррита и цементита — перлитом.

Эвтектоид — перлит (0,8%С) и эвтектику — ледебурит (4,3%С) рас­сматривают как самостоятельные структурные составляющие, оказыва­ющие заметное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей: s_в = 800...900МПа; s_0.2 = 450МПа; d< 16%; твердость — 180...220НВ. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SKвходя­щий в него аустенит превращается в перлит, и при 20 — 25°С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной со­ставляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой размеще­ны колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (> 600 НВ) и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обработке давлени­ем, затрудняет обработку резанием.

Железоуглеродистые сплавы подразделяют на две группы: стали, содержащие до 2,14% С, и чугуны.