1.3 Диаграмма состояния железо – цементит

Диаграмму системы железо-углерод можно проанализировать только до образования в ней карбида железа - Fе₃С – концентрация углерода 6,67 %. Это связано с тем, что наибольшее практическое значение имеет только часть диаграммы состояния железо-углерод, в которой показано формирование цементита, так как сплавы, содержащие большее количество углерода, очень хрупкие и практически не применяются в промышленности. Поэтому диаграмму состояния системы железо-углерод изображают только до концентрации углерода 6,67 % масс и называют диаграммой состояний железо-цементит (рис.7).

Рис. 7. Диаграмма железо-углерод

Кривая АВСD- линия ликвидус, которая на участкеАВсоответствует температурам начала выпадения кристаллов феррита (), а на участкеВС соответствует температурам начала выпадения кристаллов аустенита () из жидкого сплава (L). В областиСD– она представляет геометрическое место точек, отвечающих температурам начала кристаллизации первичного цементита (Fe₃С_I) из жидкой фазы (L).

Линия АHJЕСFD- солидус, криволинейный участокАHJЕкоторой, определяет окончание затвердевания жидкой фазы.

На горизонтальной линии HJВ происходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования аустенита из жидкости и феррита.

L_B+_H_j

Горизонтальный участок ECF является геометрическим местом точек, соответствующих также концу кристаллизации аустенита (ЕС) и первичного цементита -Fe₃C_I(CF), и одновременно отвечает температурам изотермического превращения жидкого сплава состава точки С в двухфазную эвтектику – ледебурит.

L_C_Е+Fe₃C_F.

Данная реакция наблюдается только у сплавов с содержанием углерода более 2,14 % масс.

На горизонтальной линии PSKпроисходит нонвариантная реакция с участием трех фаз образования перлита из аустенита.

_S_{P +} Fe₃C_K

Линии NH и NJ отражают начало и конец полиморфного превращения аустенита и-феррита, а линииGSиGPсоответственно начало и конец полиморфного превращения аустенита и-феррита.

Кривые DC, ES иPQпоказывают на ограничение максимальной растворимости углерода в фазовых составляющих железоуглеродистых сплавов. Эти линии определяют максимальную растворимость углерода в той фазе, которая расположена на диаграмме левее данной кривой. Это значит, чтоDCхарактеризует предельную концентрацию углерода в жидкости;ESв аустените;PQв феррите. При понижении температуры системы меньше точек растворимости углерода из фазы, находящейся слева от соответствующей им кривой, выделяется избыток углерода, образуя цементит первичный, вторичный и третичный соответственно.

Диаграмму состояния Fе -Fе₃С по оси абсцисс – концентрация углерода – делят на следующие участки:

0 - 0,02 % (точка Р)- технически чистое железо;

0,02 - 0,80 % (отрезок PS) - доэвтектоидные стали;

0,80 % (точка S) - эвтектоиднаясталь;

0,80 - 2,14 % - заэвтектоидные стали;

2,14 - 4,31 % (отрезок EC) - доэвтектические чугуны;

4,31 % (точка С) - эвтектический чугун;

4,31 - 6,67 % (отрезок CF) - заэвтектические чугуны.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14 %, называют сталями. Они после затвердевания не содержат хрупкой структурной составляющей - ледебурита и при высоком нагреве имеют только аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью. Поэтому они легко деформируются при нормальных и повышенных температурах, т. e. являются ковкими сплавами.