Диаграмма состояния системы железо — углерод

Категория:
Сплавы


Диаграмма состояния системы железо — углерод

Некоторые сведения по теории металлов и сплавов, изложенные выше, дают возможность приступить к ознакомлению с важнейшими техническими сплавами и прежде всего со сталью и чугуном.

Наличие небольшого количества обычных примесей в стали не влияет существенно на положение критических точек и характер линий диаграммы, поэтому сталь можно с известным приближением рассматривать как двойной сплав железо—углерод (Fe—С).

Диаграммы железо — углерод являются фундаментом науки о стали и чугуне.

Углерод с железом может образовать химическое соединение Fe3C (цементит) или может находиться в сплаве в свободном состоянии (в форме графита); соответственно существуют две диаграммы сплавов железо — углерод: цементитная и графитная.

На рис. 64 приведен упрощенный вид диаграммы состояния системы железо — цементит. Наибольшее количество углерода по диаграмме 6,67% соответствует содержанию углерода в химическом соединении — цементите. Следовательно, компонентами, составляющими сплавы этой системы, будут являться, с одной стороны, чистое железо (Fe), с другой — цементит (Fe3C). Поэтому эту диаграмму называют диаграммой состояния системы сплавов железо — цементит или просто цементитной.

Превращение из жидкого состояния в твердое (первичная кристаллизация). Линия ACD является линией ликвидуса, а линия AECF — линией солидуса (рис. 1). Характер этих линий показывает, что перед нами сложная диаграмма, представляющая сочетание диаграммы типа II (от точки А до точки Е) и диаграммы типа I (отточки Е до точки F).

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Fe—Fe3C

Выше линии ACD сплавы системы находятся в жидком состоянии (Ж). По линии АС из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в у-железе, называемого аустенитом (А); следовательно, в области АСЕ будет находиться смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). По линии CD из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита (Ц); в области диаграммы CFD находится смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и цементита (Ц). В точке С при содержании 4,3% С и температуре 1130° происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь — эвтектика, называемая в этой системе ледебуритом. Ледебурит (эвтектика) присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67% углерода. Эти сплавы относятся к группе чугуна.

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%). Сплавы, лежащие левее этой точки, после полного затвердевания представляют один аустенит. Эти сплавы относятся к группе стали.

Превращения в твердом состоянии (вторичная кристаллизация). Линии GSE, PSK и GPQ показывают, что в системе сплавов в твердом состоянии происходят изменения структуры.

Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной модификации в другую, а также в связи с изменением растворимости углерода в железе.

В области диаграммы AGSE находится аустенит (А). При охлаждении сплавов аустенит начинает распадаться с выделением по линии GS феррита (Ф)—твердого раствора углерода в а-железе, а по линии SE — цементита (Ц). Этот цементит, выпадающий из твердого раствора, называется вторичным в отличие от первичного цементита, выпадающего из жидкого раствора. В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз — феррита (Ф) и распадающегося аустенита (А), а в области SEE1 — смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита. В точке S при содержании 0,8% (точнее 0,83%) С и при температуре 723° весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита — эвтектоид, который в этой системе называется перлитом. Сталь, содержащая 0,8% С, называется эвтектоидной, менее 0,8% С — д о э в-тектоидной, от 0,8 до 2,0% С — заэвтектоидной.

По линии PSK происходит распад всего аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита; поэтому линия PSK называется линией перлитного (эвтектоидного) превращения.

Сравнивая между собой превращения в точках С и 5 диаграммы (рис. 64), можно отметить следующее:
а) выше точки С находится жидкий раствор, выше точки 5 — твердый раствор — аустенит;
б) в точке С сходятся ветви АС и CD, которые указывают начало выделения кристаллов из жидкого раствора (первичной кристаллизации); в точке S сходятся ветви GS и ES, указывающие начало выделения кристаллов из твердого раствора (вторичной кристаллизации);
в) в точке С жидкий раствор, содержащий 4,3% С, кристаллизуется с образованием эвтектики — ледебурита; в точке S твердый раствор, содержащий 0,8% С, кристаллизуется с образованием эвтек-тоида — перлита;
г) на уровне точки С лежит прямая EF эвтектического (ледебурит-ного) превращения, на уровне точки S — прямая РК эвтектоидного перлитного) превращения.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум