Главная › Новости

Диаграмма состояния сплавов железо - углерод

Опубликовано: 05.10.2018

Кристаллизация сплавов

Железо и углерод образуют карбид Fе3С, содержащий 6,67%С. Ввиду того, что сплавы с более высоким содержанием углерода практически не применяются, диаграмма состояния обычно строится для сплавов железо-цементит ( рис. 6 ). С другой стороны, ввиду возможности распада цементита и образования сплавов железо—графит диаграмма состояния этих сплавов представляет определенный интерес и иногда изображается пунктирными линиями ( рис. 7 ).

Рис. 7. Диаграмма состояния сплавов железо—цементит и железо— графит: I — жидкий сплав; II — аустенит + жидкий сплав; III — первичный цементит 4-жидкий сплав; IV — аустенит; V — аустенит + вторичный цементит; VI — аустенит 4- ледебурит (вторичный цементит); VII - первичный цементит + ледебурит; VIII— аустенит -(- феррит; IX — феррит + перлит; X — перлит + вторичный цементит- XI— перлит + превращенный ледебурит (вторичный цементит); XII — первичный цементит 4- ледебурит

Диаграмма состояний железо-углерод

Рассмотрим диаграмму состояния системы железо—цементит, которая имеет большое практическое значение: ею пользуются для назначения режимов термической обработки сталей и чугуна и определения температурных пределов обработки давлением.

По линии ликвидуса АСД диаграммы (рис. 6) можно определить температуры начала затвердевания сплавов. Когда температура сплава будет соответствовать точке на линии АС, начинается процесс кристаллизации аустенита из жидкого сплава (рис. 7). На самом деле на участке А В выделяется не аустенит, а твердый раствор углерода в 3-железе (рис. 6). Однако для удобства на рис. 7 этот небольшой участок не показан.

Материаловедение. Диаграмма сплавов.

Если сплав содержит более 4,3%С, то из него в соответствующей точке на линии ликвидуса СД начинает выпадать цементит. Этот цементит выделяется непосредственно из жидкого сплава в процессе первичной кристаллизации, поэтому его называют первичным цементитом. При понижении температуры сплава ниже линии АСД количество твердых кристаллов (аустенита или цементита) увеличивается за счет уменьшения жидкого сплава.

Линия солидуса AEF соответствует моменту полного затвердевания сплава. В точке С при 4,3% углерода линия ликвидуса соприкасается с линией солидуса и сплав переходит в твердое аллическое состояние при постоянной температуре (1145°) за счёт одновременного выпадения аустенита и цементита в виде эвтектической смеси — ледебурита. При этом ледебурит состава С состоит из аустенита состава Е (т. е. насыщенного углеродом до 2%) и цементита состава F (6,67%С). При некоторых условиях вместо цементита выпадает графит. Аустенито-графитная эвтектика изображена на рис. 7 точкой С'. Сплавы, содержащие более 2%, всегда содержат в структуре эвтектику и носят название чугунов, а сплавы, содержащие менее 2%С, называются сталями. Поэтому чугуны, в отличие от сталей, ни при каких условиях не могут иметь однофазную аустенитную структуру.

Чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим, менее 4,3% углерода—доэвтектическим и более 4,3% углерода— заэвтектическим. При температурах, соответствующих линии GSE, начинается процесс вторичной кристаллизации, т. е. процесс кристаллизации твёрдого раствора.

В зоне IV стали имеют структуру аустенита. При этом ветвь GS называется линией верхних критических точек А3; она показывает температуры начала выделения феррита из аустенита. Ветвь SE, называемая линией верхних критических точек Аст, показывает выделение вторичного цементита из аустенита. В зоне стали имеют две структурные составляющие — феррит и аустенит. В зоне V находятся в равновесии две структурные составляющие — цементит и аустенит. В этом случае цементит выделяется из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в нем при понижении температуры, и поэтому называется вторичным. Растворимость углерода в аустените определяется линией SE.

При температурах, соответствующих линии PSK, завершаются процессы вторичной кристаллизации. Эта линия называется эвтектоидной, или линией нижних критических точек А1.

При этих температурах твердый раствор с содержанием 0,80%С распадается на эвтектоидную смесь феррита и цементита (перлит).

Сталь, содержащая 0,80%С, называется эвтектоидной, менее 0,80%С — доэвтектоидной, более 0,80%С — заэвтектоидной.

В структуре доэвтектоидных сталей, кроме перлита, присутствует избыточный феррит. Чем меньше в стали углерода, тем больше в структуре феррита. Доэвтектоидные стали на практике делят на три класса: мягкие (содержащие до 0,4%С), средней гвердости (0,4—0,6%С) и твердые (более 0,6%С). С увеличением содержания углерода в сталях увеличиваются твердость и прочность, а пластические свойства ухудшаются. Заэвтектоидные стали применяют главным образом как инструментальные, доэвтектоидные стали применяют как конструкционные.

Рассмотрим структурные превращения в чугуне при его охлаждении (нагревании) ниже линии солидуса ECF. В зоне VI диаграммы в доэвтектических чугунах наблюдаются три структурные составляющие — избыточный аустенит, ледебурит (продукты первичной кристаллизации) и небольшое количество вторичного цементита. По мере понижения температуры в этой зоне содержание углерода в аустените понижается согласно линии SE, а количество вторичного цементита возрастает. Однако ввиду того, что последний преимущественно осаждается на кристаллах цементита, входящего в ледебурит, то он часто не образует самостоятельной структурной составляющей.

При температуре, соответствующей линии PSK, аустенит (избыточный и ледебуритный) превращается в перлит.

В зоне VII диаграммы (рис. 7) структура заэвтектически чугунов состоит из ледебурита и первичного цементита. При температуре, соответствующей линии PSK, аустенит распадается, образуя перлит. Как указывалось выше, под влиянием некоторых факторов (малая скорость затвердевания, содержание дополнительных компонентов, главным образом кремния) вместо цементита может образовываться графит. Чугуны без графита (с ледебуритом) называются белыми, с ледебуритом и графитом — половинчатыми и без ледебурита (с графитом) — серыми. Серые чугуны подразделяются на перлитные (перлитный цементит нв распался), перлито-ферритные (перлитный цементит частично заменен графитом) и ферритные (весь цементит заменен графитом).