5.2. Превращения в сплавах системы железо–цементит

Железо с углеродом образуют химическое соединение цементит (карбид железа Fe₃C) содержащий 6,69 % углерода. Следовательно, рассматриваемая диаграмма состояния сплавов – это диаграмма с химическим соединением. Такая диаграмма может рассматриваться как две отдельные диаграммы Fe–Fe₃C и Fe₃C–C (см. раздел 4.2).

Сплавы, содержащие более 6,69 % углерода, не имеют практического применения. Поэтому рассматриваются и используются только сплавы левой части диаграммы Fe–Fe₃C.

Сплавы железа с углеродом в этой части условно делятся на три группы. Границей для деления являются верхние пределы растворимости углерода в -железе и -железе. Железо с содержанием углерода до 0,02 % (точка P на рис. 5.3) называют техническим или армко-железо. Сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 2,14 % (точка E) – относятся к сталям, от 2,14 до 6,69 % – к чугунам.

Линии диаграммы – семейство критических точек, в которых происходят какие-либо превращения в железоуглеродистых сплавах. Линии АВСD (ликвидус) и линии AHJECF (солидус) – температуры начала и конца кристаллизации. Линия МО (768 °С) указывает температуру перехода феррита из магнитного состояния в немагнитное при нагреве и, наоборот – при охлаждении.

На линии AB начинается, а на линии AH заканчивается кристаллизация δ-феррита. На линии BC начинается, а на линии JE заканчивается кристаллизация аустенита. На линии СD начинается кристаллизация цементита первичного (Ц_I).

Л инии изотермических превращений (фазового равновесия)

1) На линии HJB при 1499 °С идет перитектическое превращение: расплав с содержанием углерода 0,5 % и δ-феррит с содержанием углерода 0,1 % превращаются в аустенит с содержанием углерода 0,16 %.

2) На линии ECF при 1147 °С идет эвтектическое превращение: расплав с содержанием углерода 4,3 % превращается в механическую смесь одновременно кристаллизующихся фаз аустенита и цементита первичного – ледебурит (по имени немецкого ученого Ледебура).

3) На линии PSK при 727 °С идет эвтектоидное превращение. В результате диффузионного перераспределения углерода в аустените с содержанием углерода 0,8 % и последующего полиморфного превращения Fe_γFe_ образуется механическая смесь феррита и цементита – перлит (от франц. perle – жемчуг). Протравленный шлиф имеет перламутровый блеск.

Линии фазовых превращений

1) На линии HN начинается, а на линии JN заканчивается превращение δ-феррита в аустенит, обусловленное превращением Fe_δ  Fe_γ.

2) На линии GS начинается, а на линии PG заканчивается превращение аустенита в феррит, обусловленное превращением Fe_γFe_.

Линии ограниченной растворимости

1) На линии ES начинается выделение углерода из А и образование Ц_II, обусловленное снижением растворимости углерода в Fe_γ.

2) На линии PQ начинается выделение углерода из Ф и образование Ц_III, обусловленное снижением растворимости углерода в Fe_.

Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо–цементит (критические точки), обозначают буквой А (от франц. arret – остановка): А₁ – линия PSK (727 °С) – превращение П  А; A₂ – линия, соответствующая точке Кюри (768 °С); A₃ – линия GS (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение ФА; A_cm – линия SE – переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве, – начало формирования Ц_II (иногда обозначается как A₃).

При нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах. Для обозначения процесса добавляют буквы (от франц. слов: c – choffage – нагрев; r – refroidissment – охлаждение).