Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма равновесного состояния железо-цементит. Фазы и структурные составляющие

ЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ
Кривая охлаждения чистого железа

Диаграмма железо-углерод
- метастабильная, характеризующая превращения в системе Fe-Fe3C (цементит); - стабильная, характеризующая превращения в системе Fe-C (графит).
Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α- железо. Различают низкотемпературный аферрит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный 5- феррит с предельной растворимостью углерода 0,1 %. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен. Феррит пластичен, но обладает низкой прочностью и твердостью.
Микроструктура железа, ×400: феррит

Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода и других примесей в γ- железе. Предельная растворимость углерода в γ - железе 2,14 %. Микроструктура аустенита - полиэдрические зерна.
Аустенит обладает высокой пластичностью и низкими прочностными свойствами.
Микроструктура железа, ×400: аустенит

Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом - карбид железа (Fe3С). В цементите содержится 6,67 % С. До температур 210 С (А0 ) цементит ферромагнитен. Он обладает очень высокой твердостью и очень малой пластичностью. Цементит является метастабильной фазой. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.
Графит - модификация углерода в равновесном состоянии. Он мягок, обладает низкой прочностью и электрической проводимостью.

кривая ликвидуса ABCD;
кривая солидуса AHIECF

Линия ECF соответствует кристаллизации эвтектики – ледебурита (АЕ+Fe3C):
ЖС →АЕ+Fe3C
Микроструктура чугунов, ×450:
а – доэвтектический чугун (перлит, ледебурит, вторичный цементит),
б – эвтектический (ледебурит),
в – заэвтектический (первичный цементит и ледебурит)

Железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14 % углерода, называются сталями, а сплавы, содержащие выше 2,14 % углерода, чугунами.
Сплавы, содержащие менее 0,02 % С (точка Р), называются техническим железом, имеющего структуру феррита.
Микроструктура стали в зависимости от содержания углерода, ×450:
а – техническое железо
При охлаждении ниже температуры 727 ºС (горизонталь PSK) протекает эвтектоидная реакция: АЕ →ФР +Fe3C.