5.1. Общая характеристика. Диаграмма состояния «железо-цементит»
Стали Чугуны
Диаграмма железо – углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит – . Железо ( Fe) – переходный металл серебристо-светлого цвета. Т емператур а плавления – 1539 o. Полиморфные превращения происходят при температурах 911 o С и 1392 o С. Ниже 911 o С существует Fe с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392 o С устойчивым является Fe с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392 o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется Fe или высокотемпературное Fe . Критическую температуру 911 o С превращения обозначают точкой A3, а температуру 1392 o С превращения - точкой А4. При температуре ниже 768 o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768 o С обозначается А2.
Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита ( ), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного. Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита ( ). На линии HJB при постоянной температуре 1499 0 С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита ( ), в результате чего образуется аустенит: На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147 o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного: Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода. При температуре ниже 727 o С в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП). По линии HN начинается превращение феррита ( ) в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита ( ) в аустенит заканчивается.
По линии GS превращение аустенита в феррит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается. По линии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры. По линии МО при постоянной температуре 768 o С имеют место магнитные превращения. По линии PSK при постоянной температуре 727 o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного: Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода. Перлит – механическая смесь феррита и цементита. Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования. По линии PQ начинается выделение цементита третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.
Обозначаются буквой А (от французского arret – остановка): А1 – линия PSK (727 0 С) – превращение П А; A2 – линия MO (768 0 С, т. Кюри) – магнитные превращения; A3 – линия GOS ( переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф А; A4 – линия NJ (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение ; Acm – линия SE (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – начало выделения цементита вторичного (иногда обозначается A3). Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е, при охлаждении – букву r, т.е..
Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны. Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Рис.2. Микроструктуры технического железа: а – содержание углерода менее 0,006%; б – содержание углерода 0,006…0,02 %
По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные, структура феррит + перлит ; эвтектоидные, структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый; заэвтектоидные, структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.
Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.
белые, серые, ковкие, высокопрочные
По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические, структура перлит + ледебурит + цементит вторичный ; эвтектические, структура ледебурит (Л); заэвтектические, структура ледебурит + цементит первичный.
