Діаграма стану системи залізо-вуглець

При вивченні властивостей сплавів дуже велике значення мають діа­грами стану, які характеризують стан сплавів різного складу при різних температурах.

Якщо сплав, до складу якого входять два метали., охолоджувати, то при певній температурі він почне кристалізуватись, при цьому один ком­понент почне випадати в твердому вигляді, розчин при цьому збагачується, другим компонентом. Склад рідкої фази змінюється, а це знижує темпера­туру її кристалізації.

Через певний час наступає такий момент, коли розплав стає насичений, як по відношенню до одного компоненту, так і до другого, внаслідок чого при охолодженні обидва компоненти випадають одночасно.

Суміш (сплав) компонентів, яка має найнижчу температуру кристалі­зації, називається евтектичною, або просто евтектикою.

Аналіз діаграм стану (плавкості) дає можливість судити про струк­туру сплаву, що захолонув, а значить про його механічні властивості.

Найбільш складною являється діаграма стану сплаву залізо - вуглець.

Діаграма стану залізо - вуглець, дає уяву про будову залізовуглецевих сплавів і має дуже велике значення. З її допомогою можна по­яснити залежність властивостей сталей та чавунів від вмісту в них вуглецю та від температури. Вона є основною при виборі залізо­вуглецевих сплавів, які володіють тими чи іншими заданими властивостями.

Ліва вісь діаграми відповідає чистому залізу, права - цементиту.

По вмісту вуглецю діаграму можна розділити на дві дільниці, які відповідають сталям (до 2,І4%С) і чавунам (більше 2,І4%С).

В залежності від вмісту вуглецю сталі ділять на доевтектоідну (до 0,8%С), евтектоідну (0,8%С), і заевтектоідну (більше 0,8%С).

Евтектика - сплав, що кристалізується при найнижчій температурі.

В залежності від вмісту вуглецю чавуни діляться на доевтектичний (до 4,3%С), евтектичний (4,3%С) і заевтектичний (більше 4,3%С).

В діаграмі лінія АСД називається лінією ліквідуса, а лінія АЕСF – лінією солідуса, вони відповідають фазовим перетворенням.

Сплави, що розміщені вище лінії АСД (ліквідуса), знаходяться в рідкому стані, а ті що нижче лінії АЕС (солідуса) - твердому стані.

Між лініями ліквідуса та солідуса сплави знаходяться в рідко-твердому стані (дрохфазний стан).

При охолодженні рідкого сплаву нижче лінії АС, в ньому утворюються кристали аустеніту. Ферріт виділяється в невеликій кількості в лівому куті діаграми.

Охолодження сплаву з високим вмістом вуглецю нижче лінії СД, зв’язується з утворенням цементиту (первинного).

При дальшому зниженні температури аустеніт проходить вторинну кристалізацію, яка супроводжується зміною форми кристалічної решітки та розчинності вуглецю.

У низьковуглецевих сплавах з аустеніту виділяється ферріт (нижче лінії GS), в сплавах з більш високим вмістом вуглецю - цементит вторинний (нижче лінії SE).

При 723°С аустеніт перетворюється в перліт - евтектоідну суміш цементиту і ферріту.

При охолодженні сплавів, в яких міститься вуглецю більше 0,8% (до2,І4%), аустенітні зерна безпреривно ростуть за рахунок цементитної сітки і збіднюються на вуглець. При температурі 723°С аустеніт перетворюється в перліт, а структура охолодженого сплаву буде включати перліт і цементит (вторинний).

При температурі 1148°С утворюється ледебурит.

До складу доевтектичного чавуну входить аустенін, цементит, та ледебурит, а в заевтектичний - цементит та ледебурит.

Частина діаграми стану сплаву залізо - вуглець, яка відноситься до сталей, має величезне значення при виборі режимів термічної обробки для одержання нової структури та властивостей сталі.

Запитання для самоперевірки:

1. Поняття металів, їх класифікація і застосування.

2. Властивості металів.

3. Будова металів і сплавів.

4. Найбільш поширені типи кристалічних решіток.

5. Кристалізація металів.

6. Поняття сплавів, їх види та способи одержання.

7. Структурні складові залізовуглецевих сплавів.

8. У якому стані знаходиться сплав над лінією ліквідуса?

9. У якому стані знаходиться сплав між лініями ліквідуса і солідуса?

10. Як поділяються сталі та чавуни в залежності від вмісту вуглецю?

[1.2.3]