Фазы и структуры диаграммы «Железо – цементит»

Под равновесным состоянием понимается состояние, при котором все фазовые превращения в сплаве полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния. Это происходит только при медленном охлаждении. Основой для определения фазовых и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии является диаграмма состояния «Железо – цементит» (рис. 4.4.1). В сплавах железа с углеродом образуются следующие фазы и структуры.

Рис. 4.4.1. Диаграмма состояния «Железо – цементит»

Аустенит – твердый растворвнедрения углерода в Fe_γ иболее твердыйи пластичный (δ = 40–50 %, 2000–2500 НВ), не магнитен. Предельная концентрация углерода достигает 2,14 % при 1147 °С. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная.

Феррит – твердый растворвнедрения углерода в Fe_α – мягкая, пластичная фаза (σ_В = 300 МПа, δ = 40 %, ψ = 70 %, 650–800 HB). Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Феррит магнитен до 768 ºС. Кристаллическая решетка – кубическая объемно-центрированная. Предельная концентрация углерода в феррите при 0 ºС – 0,006 %, при 727 ºС – 0,02 %, в высокотемпературном феррите – 0,1 %.

Увеличение содержания углерода свыше 0,02 % вызывает образование третьей фазы – цементита, которая представляет собой химическое соединение Fe₃C, имеет высокую твердость (8000 НВ), но практически нулевую пластичность. Температура плавления цементита – около 1250 ºС. Полиморфных превращений не испытывает, но при низких температурах слабоферромагнитен. Кристаллическая решетка ромбическая.

Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита является прочной структурной составляющей (σ_В = 800–900 МПа, δ = 16 %, 1800 HB).

Ледебурит – э втектическая смесь аустенита и цементита в интервале температур 1147 – 727ºС, а ниже линии SK (727 ºС) – смесь перлита и цементита. Ледебурит имеет высокую твердость > 6000 HB, но хрупок.

Графит – полиморфная модификация углерода, кристаллическая решетка которого образована параллельными слоями гексагональных сеток. Графит электропроводен, имеет малую прочность (≈ σ_В= 5–10 МПа) и твердость (НВ 30).