Диаграмма состояния железо - цементит

Упрощенная диаграмма состояния системы железо — цементит приведена на рис. 5.1.

Фазами в сплавах Fe c C являются: жидкий раствор (Ж), феррит (Ф), аустенит (А), цементит (Ц).

Перлит (П) — эвтектоид системы Fe — Fe₃C — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% С. Перлит состоит из параллельных пластинок цементита в ферритной основе, на травленом шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название — перлит. Аустенит, входящий в состав ледебурита, при 727⁰С также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже 727⁰С ледебурит состоит из механической смеси перлита и цементита.

Превращения, происходящие в системе железо-углерод для сплавов, содержащих различное количество углерода (рис. 5.1).

Сплав 1, содержащий менее 0,02% С, фактически представляет собой технически чистое железо. Точка 1 соответствует началу кристаллизации аустенита, точка 2 — окончанию кристаллизации. При охлаждении от точки 2 до точки 3 никаких превращений в образовавшемся аустените не происходит. В точке 3 начинается, а в точке 4 заканчивается перестройка кристаллической решетки аустенита (ГЦК) в кристаллическую решетку феррита (ОЦК). При охлаждении в интервале температур 3 — 4 состав аустенита меняется по линии GS, а состав феррита — по линии GP. От точки 4 до точки 5 превращений не происходит, образовавшийся феррит просто охлаждается. Линия PQ соответствует линии переменной растворимости. Ниже этой линии сплав пересьпцен углеродом, происходит выделение избыточного углерода, образующего химическое соединение с железом, т.е. цементит. При охлаждении цементит выделяется непрерывно и концентрация углерода в феррите уменьшается по линии PQ, составляя при комнатной температуре < 0,006% С. Цементит, выделяющийся из феррита, называют третичным цементитом и обозначают Ц_III.

Сплав II, содержащий от 0,02 до 0,8% С. Образование кристаллов аустенита происходит в интервале температур 1 — 2. Состав аустенита изменяется по линии солидус АЕ, состав жидкой фазы по линии ликвидус АС. В точке 2 кристаллизация аустенита заканчивается и от точки 2 до точки 3 структурных изменений в нем не происходит, аустенит просто охлаждается. В точке 3 начинается выделение феррита из аустенита. Концентрация углерода в феррите изменяется по линии GP, а концентрация углерода в аустените — по линии GS. При охлаждении сплава до точки 4 состав аустенита будет соответствовать точке S, т.е. эвтектоидному составу. При температуре 727⁰С происходит эвтектоидное превращение с образованием перлита А_s ← Ф_р + Ц_к = П. При комнатной температуре структура сплава состоит из феррита и перлита.

Количество перлита в структуре увеличивается по мере роста содержания углерода в сплаве вплоть до концентрации 0,8 %.

Сплав Ш, содержащий 0,8% С, по составу соответствует точке S. Аустенит сплава с такой концентрацией углерода не испьггывает превращений при охлаждении до 727⁰С, а при этой температуре весь аустенит превращается в перлит. При комнатной температуре структура сплава состоит из одного перлита.

Концентрация углерода в сплаве IV составляет более 0,8%, но менее 2,14%. До точки 3 превращения в этом сплаве такие же, как в сплавах П и III. При охлаждении в диапазоне температур между точками 3 — 4 из кристаллической решетки аустенита выделяется избыточный углерод с образованием вторичного цементита Ц_II. При этом содержание углерода в аустените изменяется по линии ES. На линии PSK при температуре 727⁰С происходит эвтектоидное превращение, при котором аустенит превращается в перлит. Поэтому при комнатной температуре структура сплава состоит из перлита и вторичного цементита.

Сплавы V, VI, VII содержат более 2,14 % С. При первичной кристаллизации таких сплавов происходит эвтектическое превращение, в процессе которого из жидкости, содержащей 4,3 % С, образуется ледебурит — механическая смесь двух твердых фаз: аустенита и цементита.

В сплаве V кристаллизация начинается в точке 1 выделением аустенита из жидкого раствора и заканчивается в точке 2. При охлаждении в интервале температур между точками 1 и 2 состав аустенита изменяется по линии солидус, а концентрация углерода в жидкой фазе — по линии ликвидус. В точке 2 при 1147⁰С состав жидкости соответствует составу в точке С, т.е. жидкость имеет концентрацию углерода, равную 4,3%. Количественное соотношение жидкой и твердой фаз в точке 2 определяется отношением отрезков Е2 и 2С. Длину отрезков можно измерять в миллиметрах или определять по разности концентраций. Если соотношения отрезков умножить на 100, то получим количество составляющих в процентах. При 1147⁰С происходит эвтектическое превращение Ж_С ← А_S + Ц_F. При дальнейшем охлаждении в интервале 2 — 3 из аустенита, как структурно свободного так и входящего в эвтектику (ледебурит), выделяется вторичный цементит. Состав аустенита изменяется по линии ES, т.е. от 2,14 до 0,8% С. В точке 3 происходит перлитное превращение аустенита, содержащего 0,8 % С. Структура сплавов V при комнатной температуре состоит из перлита и ледебурита. Вторичный цементит и цементит ледебурита сливаются и практически неразличимы.

В сплаве VI, содержащем 4,3% С, при эвтектической температуре вся жидкость превращается в ледебурит. При понижении температуры содержание углерода в аустените, входящем в ледебурит, понижается по линии ES. При 727⁰С происходит перлитное превращение аустенита.

В сплаве VII кристаллизация начинается с образования кристаллов цементита. Такой цементит называют первичным. Первичньй цементит выделяется из жидкости при охлаждении в интервале температур 1 — 2. Состав жидкости при этом меняется по линии ликвидус и в точке 2 жидкость содержит 4,3% С. Количественное соотношение жидкой и твердой фаз в точке 2 определяется соотношением отрезков E2 и С2. При 11470С происходит эвтектическое превращение. Аустенит образовавшегося ледебурита при охлаждении испьггывает превращения, рассмотренные выше. При комнатной температуре структура сплава VII состоит из ледебурита и первичного цементита.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: