Фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах. Диаграмма железо-цементит

На рис. 28 представлена диаграмма железо-цементит. При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения:

1. Перетектическая реакция: α-твердый Остатки g–твердый раствор расплава 1493 раствор

Точка Н + Точка В _____ Точка I

0,1% С 0,51% С 0,16% С

Рис. 28 Диаграмма железо-цементит (метастабильная).

2. Эвтектическая реакция: Расплав γ-твердый Fe₃C

Точка С 1147^оС раствор + Точка F

4,3% С _____ Точка Е 6,67% С

2,06% С

3. Эвтектоидная реакция: γ–твердый α-твердый Fe₃C

раствор 723^оС раствор + точка К

Точка S ______ Точка Р 6,67% С

0,8% С 0,02% С

На рис. 28 - кривая ликвидуса ABCD; - кривая солидуса AHJECF; - углерод понижает температуру плавления железа (линия ABC); - железо также понижает температуру плавления углерода (и Fe₃C) (V-образная форма диаграммы, D-C); - температура А4 (линия NH) растет c увеличением содержания углерода (линия N-J); - температура А3 (линия GOS) уменьшается с увеличением содержания углерода; - область γ-твердого раствора расширяется с увеличением содержания углерода.

Эвтектоидный сплав: точка S = 0,83% С = перлит. Доэвтектоидные сплавы: от точки Р к точке S = 0,02 до 0,83% С = α-Fe + перлит. Заэвтектоидные сплавы: от точки S к перпендикуляру из точки Е= от 0,83 до 2,06% С= Fe₃C + перлит. Эвтектический сплав: точка С = 4,3% С = ледебурит. Доэвтетические сплавы: от перпендикуляра из точки Е к перпендикуляру из точки С = от 2,06 до 4,3% С = Fe₃C + перлит + ледебурит. Заэвтектические сплавы: от точки С к точке F (перпендикуляр); более 4,3% С = Fe₃C + ледебурит. Положение основных точек диаграммы железо - цементит показано в табл. 1.

Таблица 1

Фазы и структурные составляющие стали и белых чугунов

Основными компонентами, из которых состоят стали и чугуны, являются железо и углерод. В системе железо цементит имеются следующие фазы: 1. жидкая фаза, 2. Аустенит-твердый раствор углерода в γ-Fe. 3. Цементит-карбид железа Fe₃C. 4. Феррит-твердый раствор углерода в α-Fe.

Структурными составляющими диаграммы железо-углерод являются:

1. Феррит (название введено по Хоу). Может содержать в твердом растворе только 0,00001... 0,000001% С. Поэтому область его существования очень мала (узка). Максимум растворимости около 0,02% (723^оС, точка Р).

2. Перлит. Эвтектоид, состоящий из α-твердого раствора и Fe₃C (ниже точки S). Мелкодисперсная смесь обеих фаз. Наименование перлит (также предложено Хоу) связано с перламутровым блеском. Происходящий при непрерывном охлаждении при 723^оС эвтектоидный распад γ-твердого раствора связан с выделением при непрерывном охлаждении тонких параллельных цементитных пластин; образуется пластинчатый перлит.

3. Ледебурит. Назван в честь Ледебура. Смесь γ-твердого раствора и цементита. Эвтектика (точка С, 4,3% С). Сплавы, содержащие от 2,06 до 6,67% С и имеющие в структуре ледебурит являются белыми чугунами. Возможно также следующие обозначение: ледебурит I (γ-твердый раствор и Fe₃C) и ледебурит II (перлит и Fe₃C).

Формы существования цементита:

- При содержании С более 0,00001% происходит выделение третичного цементита. При медленном охлаждении процесс идет по линии PQ. При быстром охлаждении часть углерода остается в твердом растворе, выделение третичного раствора подавляется. Форма - пластинки и прожилки, а также иголки в ферритном зерне.

- Цементит перлита. Наблюдается уже при содержании углерода более 0,02%. Тонкопластинчатая форма зерен цементита.

- Вторичный цементит. Продукт выделения из γ-твердого раствора. При охлаждении выделение происходит по линии ES. Форма: цементитная сетка, цементит по границам зерен.

- Цементит ледебурита. При содержании углерода более 2,06% - цементит в до- и заэвтектоидных сплавах.

- Первичный цементит. При 4,3% С; в общем случае появляется при очень быстром охлаждении высокоуглеродистых сплавов до комнатной температуры. Форма: длинные крупные пластины.