Диаграмма состояния «железо-углерод (цементит)» в интервале концентраций от железа до цементита представлена на рис. 8.1.
Точка А на диаграмме соответствует температуре плавления чистого железа (1539 °С), точка D — температуре плавления цементита. Точки G (911 °С) и N (1392 °С) соответствуют полиморфному превращению железа α γ. Линии на диаграмме состояния разделяют области с различным фазовым составом.
Рис. 8.1. Диаграмма состояния «железо-цементит» (Fe-Fe3C)
Линия ABCD соответствует температуре начала кристаллизации сплавов и называется линией ликвидус. Линия AHJECF соответствует окончанию кристаллизации сплавов и называется солидус.
При охлаждении сплавов, содержащих до 0,51 % углерода, из жидкого сплава выделяется феррит. На линии HJB при 1493 °С происходит перитектическое превращение, при котором кристаллы феррита взаимодействуют с жидкой фазой и образуют кристаллы аустенита. Левее точки J структура состоит из феррита и аустенита, правее —из жидкого сплава и аустенита. Затвердевание сплавов, содержащих до 2,14 % углерода, заканчивается на линии AHJE. Ниже линии NJE структура сплавов представляет собой аустенит.
|
|
В сплавах, содержащих от 4,3 до 6,67 % углерода, по линии CD начинают выделяться кристаллы цементита. Так как цементит выде-ляется из жидкого сплава, его называют первичным (Ц I). Он имеет вид крупных пластинчатых кристаллов.
При температуре 1147 °С, соответствующей линии ECF, происходит эвтектическое превращение, при котором жидкий раствор состава, соответствующего точке С (4,3 % углерода) кристаллизуется с одновременным образованием двух фаз: аустенита состава точки Е (2,14 % углерода) и цементита. Полученная смесь двух фаз называется ледебуритом.
Сплав, соответствующий 4,3 % углерода называют эвтектическим. Чугун, содержащий менее 4,3 % углерода, называют доэвтектическим, более 4,3 % углерода — заэвтектическим. В зоне ниже линии ЕС сплав состоит из аустенита, вторичного цементита и ледебурита, в зоне ниже линии CF — из первичного цементита и ледебурита. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой точке этой линии происходит образование эвтектики[2].
По линии ES (от 1147 °С до 727 °С) начинается выделение цементита вторичного (Ц II) из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.
Ниже линии SE находятся в равновесии две структурные составляющие— аустенит и цементит вторичный.
По линии GS (с 911 °С до 727 °С) начинается превращение аустенита в феррит. При температуре 727 °С, соответствующий линии PSK, идёт эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит состава точки S (0,8 % С), распадается на эвтектоидную смесь феррита состава точки Р (0,025 % С) и цементита., которая называется перлитом. Линия PSK называется эвтектоидной.
|
|
По линии РQ начинается выделение цементита из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры. Цементит, выделяющийся из феррита, называют третичным (Ц III).
Характерные точки диаграммы состояния приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Характерные точки диаграммы железо-цементит
Обозна- чение | Координаты точки | Примечания | ||
t,°С | C, % | Fe3C, % | ||
А | Температура кристаллизации (плавления) чистого железа | |||
D | 6,67 | Температура кристаллизации (распада) цементита | ||
N | Температура полиморфного превращения железа δ – γ | |||
E | 2,14 | 32,1 | Предельная растворимость углерода в аустените (граница между сталями и чугунами) при 1147 °С | |
C | 4,3 | 64,5 | Эвтектическая точка сплава Ж↔Л (А + Ц) | |
G | Температура полиморфного превращения железа α – γ | |||
P | 0,02 | 0,3 | Предельная растворимость углерода в феррите при 727 °С | |
S | 0,8 | 12,0 | Предельная растворимость углерода в аустените при 727 °С; эвтектоидная точка сплава А↔П (Ф + Ц) | |
Q | 0,006 | 0,09 | Предельная растворимость (концентра-ция) углерода в феррите при 20 °С |
Описанные изменения структуры сплавов при охлаждении обратимы, т. е. при нагревании сплава наблюдаются обратные явления.