Диаграмма состояния системы железо - углерод

диаграммы состояния чугуна и стали – это графические изображения, дающие наглядное представление о кристаллизации и превращениях, совершающихся при их нагреве и охлаждении.

Процесс кристаллизации зависит от того, какие фазы образуются из жидкого раствора сплава

Диаграмма состояний строится по критическим точкам, определяемым различными методами. Одним из важнейших методов является термический

По горизонтальной оси диаграммы откладывается содержание углерода в сплаве в процентах, по вертикальной - температура в °С. Каждая точка на диаграмме характеризует определенный состав сплава при определенной температуре.

Превращения в сплавах железо - углерод происходят не только при затвердевании сплава в жидком состоянии, но и в твердом благодаря переходу железа из одной аллотропической формы в другую.

В зависимости от температуры и содержания углерода сплавы железо - углерод могут иметь структурные составляющие: феррит, цементит, перлит, аустенит, ледебурит и графит. Физико-химическая природа этих структурных составляющих различна

Феррит представляет собой твердый раствор углерода в α-железе. При 723° С в α-железе может содержаться до 0,02% углерода, а при 20° С всего лишь 0,006% углерода. Феррит обладает высокой пластичностью, низкой твердостью (НВ 80-100), прочностью (σь = 25кгс/мм2) и магнитными свойствами, которые сохраняются до температуры 768° С.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом, т. е. карбид железа Fe3C. Цементит содержит 6,63% углерода и до 210°С сохраняет магнитные свойства. Цементит очень хрупкий и обладает твердостью НВ 760-800. В структуре стали и чугуна он находится в виде игл, отдельных включений и сетки, по границам зерен.

Перлитом называют механическую смесь феррита с цементитом. Перлит- это продукт распада аустенита при медленном охлаждении. Он может быть пластинчатым или зернистым. В нем содержится 0,8% углерода. Механические свойства перлита зависят от степени измельчения частичек цементита.

Ледебурит представляет собой эвтектику, состоящую из цементита и аустенита и образующуюся при кристаллизации жидкого сплава, который содержит 4,3% углерода. Ледебурит обладает высокой твердостью (НВ до 700) и хрупкостью.

Графит - это кристаллическая разновидность углерода. Он имеет черный цвет и встречается в структуре чугуна и графитизированной стали

Когда температура сплава соответствует линии АС, начинается процесс кристаллизации: из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита, а на линии CD - цементит. Так как цементит выделяется из жидкого сплава в процессе первичной кристаллизации, то его называют первичным. Линия АЕСF является линией солидуса.

В точке С сплав, содержащий 4,3% углерода, переходит в твердое кристаллическое состояние.
Сплав такого состава называют эвтектическими. Структура эвтектического сплава представляет собой ледебурит. Таким образом, чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим, менее 4,3% углерода - дозвтектическим и более 4,3% углерода - заоэвтектическим

В зоне III диаграммы сплав состоит из цементита и жидкого сплава, а в зоне II - из кристаллов аустенита и жидкого сплава. Содержание углерода в кристаллах аустенита определяется линией AJE

При температурах, соответствующих линии АВ, из жидкого сплава выделяется твердый раствор δ. На горизонтали HJB при 1486°С происходит перитектическое превращение.

Оставшийся жидкий сплав взаимодействует с твердым раствором δ и переходит в аустенит .Затвердевание сплавов, содержащих до 2% углерода, заканчивается на линии AHJE. Ниже линии HJE, в зоне IV, сплавы представляют собой аустенит

В зоне V находятся в равновесии две структурные составляющие - цементит и аустенит. Линия SE определяет предел растворимости углерода в аустените. При 1130°С (точка Е) в аустените растворяется 2% углерода. В зоне X структура сплава состоит из перлита и вторичного цементита

В зоне VI сплав состоит из ледебурита, аустенита и вторичного цементита, в зоне VII - из первичного цементита и ледебурита, в зонеXI - из перлита, вторичного цементита и ледебурита и, наконец, в зонеXII - из ледебурита и первичного цементита

Температуры, при которых начинается или заканчивается процесс фазовых превращений в металле или сплаве, называют критическими точками.