13.Диаграмма состояния системы железо-углерод. Перетектическая, эвтектическая и эвтектоидная реакция в системе.

Диаграмма состояния «железо — углерод» охватывает сплавы, содержащие углерод от 0 до 6,67% (сталь и чугун). При содержании 6,67% углерода образует­ся химическое соединение железа с углеродом Fe₃C — карбид железа, который называется цементитом. Часть диа­граммы состояния «железо — углерод» (до 6,67% С), об­веденную сплошными линиями, называют диаграммой со­стояния «железо — цементит». Она охватывает все сплавы, имеющие большое практическое применение. Диаграмма состояния, обведенная штриховыми линиями, называется диаграммой состояния «железо — графит». Диаграмма со­стояния «железо — углерод» является сложной. В сплавах железа с углеродом происходят превращения не только из жидкого состояния, но также и в твердом состоянии, вследствие аллотропического и эвтектоидного превращении, а также ограниченной растворимости углерода в железе  и железе .

Фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах. Диаграмма железо-цементит.  На рис. 28 представлена диаграмма железо-цементит.При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения: 1. Перетектическая реакция: α - твердый Остатки g - твердый раствор расплава 1493 раствор Точка Н + Точка В _____ Точка I

0.1 % С 0.51 % С 0.16 % С

Рис. 28 Диаграмма железо-цементит (метастабильная).

2. Эвтектическая реакция: Расплав γ - твердый Fe3C Точка С 1147 С раствор + Точка F 4,3 % С _____ Точка Е 6,67 % С 2.06 % С 3. Эвтектоидная реакция : γ - твердыйα - твердый Fe3C раствор 723 С раствор + точка К Точка S ______ Точка Р 6,67 % С 0.8 % С 0.02 % С

14.Анализ превращений в доэвтекдоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталях с применением правила фаз , правила отрезков и написанием реакций

Сталь эвтектоидного состава – содержание углерода 0,8 % (рис.18, сплав Ш).

В этом случае при охлаждении аустенита имеется только одна критическая точка А_s, отвечающая температуре 727 С. При этой температуре аустенит находится в равновесии с ферритом и цементитом:

А_s Ф_p+ Ц      (22)     

Эвтектоидный распад аустенита состава точки S (0,8 %С) на феррит состава точки Р (0,025 %С) и цементит происходит при некотором переохлаждении, т.е. ниже 727 С. Эвтектоидная смесь феррита с цементитом называется перлитом. Соотношение феррита и цементита в перлите составляет примерно 7,3 : 1.

Подсчет ведется по правилу рычага, несколько ниже эвтектоидной линии:

      (23)

 

Доэвтектоидные стали. Сплавы с содержанием углерода от 0,025 до 0,8 % называются доэвтектоидными сталями. Рассмотрим фазовые и структурные изменения доэвтектоидной стали на примере сплава Ш (рис. 18г). В интервале температур t₈–727C идет полиморфное превращение А Ф. Состав аустенита меняется по линии GS, а феррита – по линииGP. При 727 С концентрация углерода в аустените равна 0,8 % (точка S) и в феррите – 0,025 % (точка Р).

Ниже этой температуры происходит эвтектоидное превращение. В равновесии находятся три фазы: феррит состава точки Р, аустенит состава точки S, цементит. Так как число степеней свободы равно нулю, т.е. имеется нонвариантное равновесие, то процесс протекает при постоянном составе фаз. На кривых охлаждения или нагрева наблюдается температурная остановка. Таким образом, структура доэвтектоидной стали характеризуется избыточными кристаллами феррита и эвтектоидной смесью феррита с цементитом, называемой перлитом. Количественные соотношения феррита и перлита зависят от состава сплава. Чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем больше в структуре ее перлита и, наоборот, чем меньше углерода, тем больше феррита и меньше перлита. При дальнейшем охлаждении в результате изменения растворимости углерода в феррите (соответственно линии РQ) выделяется третичный цементит. Однако в структуре обнаружить его при наличии перлита невозможно.

 

Заэвтектоидные стали. Сплавы с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % называются заэвтектоидными. Процессы структурообразования рассмотрим на примере сплава V. До температуры t₁₀ (линия ES) аустенит охлаждается без изменения состава. Несколько ниже этой температуры аустенит достигает предельного насыщения углеродом согласно линии растворимости углерода в аустените ЕS. В интервале температур t₁₀  727 C из пересыщенного аустенита выделяется высокоуглеродистая фаза – цементит, который называется вторичным. Состав аустенита меняется по линии ЕS и при температуре 727 С достигает точки S (0,8 %С). Максимальное количество вторичного цементита:

% Ц_{вторичн.}= (2,14  0,8) 15 18      (24)

Ниже 727 С происходит эвтектоидное превращение: аустенит состава точки S (0,8 %С) распадается на смесь феррита состава точки Р (0,025 %С) и цементита. Таким образом, структура заэвтектоидной стали характеризуется зернами перлита и вторичного цементита.

В реальной стали с 1,2 %С (У12) количество вторичного цементита составляет всего около 6 %.

% Ц_{вторичн.} = (1,2  0,8) 15 = 6     (25)

При медленном охлаждении цементит, как правило располагается в виде тонкой оболочки. В разрезе это выглядит как сетка цементита. Более благоприятной формой цементита является зернистая, она не приводит к значительному снижению пластических свойств стали.