Диаграмма состояния железо — цементит

Основой для определения структуры и свойств желе­зоуглеродистых сплавов является диаграмма состояния железо — углерод (цементит). На рис. 1 представлен ее упрощенный вариант. Ось концентраций (абсцисс) двой­ная, она отражает содержание углерода и цементита.

Точка Е диаграммы показывает максимальную растворимость углерода в аустените при температуре 1147°С, она принята границей деления железоуглеродистых сплавов на стали (до 2,14 % С) и чугуны (свыше 2,14 %С)

Линия AECF— линия солидус — характеризует ко­нец первичной кристаллизации. Она также является на­чалом вторичной кристаллизации (перекристаллизации), характерной для твердой фазы.

Прямая ECF называется линией эвтектических превращений. Аллотропия (полиморфизм) железа определяет пре­вращения в сталях при их охлаждении от аустенитного состояния. Точка G диаграммы соответствует температу­ре аллотропического превращения чистого железа (911 °C). С повышением содержания углерода до 0,8% температура превращения аустенита в феррит, постепен­но снижаясь, достигает 727 °С. Линия GS— начало, ли­ния GP — конец превращения аустенита в феррит, по­этому область GPQ характеризует феррит (Ф). Линия GS может рассматриваться как геометрическое место точек А_Ся, А_г3,. В точке S (с концентрацией 0,8% С и темпе­ратурой 727°С) протекает реакция распада аустенита, продуктом которой является эвтектоидная смесь, назы­ваемая перлитом. Поэтому прямая PSK называется пря­мой эвтектоидных превращений, кроме того, она являет­ся геометрическим местом точек А_С1 и А_r1. В области GSP существуют аустенит и феррит (А+Ф), а в области 0,8SPQ — перлит и феррит (П+Ф).

В зависимости от содержания углерода стали делят на:

доэвтектоидные (С<0,8%), их также можно назвать конструкционными;

эвтектоидные (С = 0,8%) ;

заэвтектоидные (C>0,8%), последние две группы можно назвать инструментальными сталями.

Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита (белые включения) и перлита (темные включения). С увеличением содержания углерода количество ферри­та уменьшается, а перлита — увеличивается (рис.6.2а,б). Структура эвтектоидной стали состоит из перлита (рис. 6.3) и заэвтектоидных сталей (рис. 6.4) —из перлита (темные участки) и цементита (светлые участки в виде сетки или игл).

В чугунах и первичный аустенит, и аустенит в соста­ве эвтектики к концу кристаллизации содержат макси­мальное количество углерода (2,14%). Со снижением температуры до 1147°С и более избыточный углерод (на рис. 1 линия SE) выпадает из аустенита в виде вторич­ного цементита. Поэтому в области ЕСС'Е' существуют аустенит, ледебурит и вторичный цементит (А+Л+Ц_II), а в области CFKC — ледебурит и первичный цементит (JI+Ц_I ). По прямой PSK и в чугунах аустенит характе­ризуется перлитным превращением. Отсюда в области 2,4Е'С'4,3 существуют перлит, ледебурит и вторичный цементит (П+Л+Ц_II), а в области 4,3 С ^′К 6,67 — леде­бурит и первичный цементит (Л+Ц_I )

Следует отметить, что линия GPSK является концом вторичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов. В зависимости от содержания углерода чугуны делят­ся на доэвтектические (2,14<С<4,3) , эвтектические (С = 4,3 %) и заэвтектические ( более 4,3 %).

Рис.2 Структура чугунов (х 200):

а) доэвтектического: б) эвтектического: в) заэвтектического
перлита и вторичного цемен­тита (ледебурит — светлые участки с расположенными на них зернами перлита; перлит — более крупные тем­ные зерна; вторичный цементит — светлые участки, сли­вающиеся с цементитом ледебурита) Структура эвтектического чугуна (рис. 2,б) состоит из перлита первичного цементита (в виде крупных с продолговатых кристаллов). Структура заэвтектического чугуна (рис. 2, в) состоит из ледебурита и первич­ного цементита (в виде крупных светлых полос).