Главная | Обратная связь

Сталі і білі чавуни

Ця діаграма, зображена на мал. 126 суцільними лініями, характеризує стану залізовуглецевих сплавів— сталей і білих чавунів з концентрацією вуглецю від 0 до 6.67%.

 

Концентрація 6.67%С відповідає вмісту вуглецю в карбіді заліза Fe₃C.

Система залізо — цементит не є цілком стабільної, тому що карбід заліза Fe₃С за певних умов нагрівання хитливий і розпадається з утворенням вільного вуглецю — графіту. Отже, система залізо — цементит, у якій можливий необоротний розпад цементиту, є метастабільної. Перетворення, що відбуваються в рівноважній (стабільної) системі, завжди цілком оборотні.

Якщо при нагріванні цементит диссоциирует на залізо і графить, то при охолодженні перетворення повинне відбуватися в зворотному напрямку, що в дійсності не відбувається.

Основні точки діаграми стану залізо-цементит позначені латинськими буквами, загальноприйнятими в міжнародній практиці. Координати основних крапок діаграми стану залізо-цементит і їхні літерні позначення приведені в табл. 5.

Фази в системі Fe-Fe₃C

Відповідно до діаграми стану Fe-Fe₃C у залізовуглецевих сплавах утворяться наступні фази: рідкий розчин (розплав) вуглецю в залозі (ж. с), феррит, аустеніт, цементит.

Феррит¹ — твердий розчин вуглецю в α-залізі. Кристалічні ґрати феррита-об’єфмноцементрированний куб. Розрізняють низькотемпературний і високотемпературний феррит відповідно до існування низькотемпературної (Fe_α) високотемпературної (Fe_δ) модифікацій заліза з о. ц.к. ґратами. Феррит являє собою твердий розчин упровадження. Атоми вуглецю розташовуються в кристалічних ґратах Fe_α між атомами заліза в межатомних порах ґрат. Через малі розміри цих пір в о. ц.к. ґратам 2 значна частина атомів вуглецю розташовуються на дефектах ґрат (вакансіях, дислокаціях). Цим пояснюється мала розчинність вуглецю в Fe_a. Максимальна концентрація вуглецю в низькотемпературному феррите складає 0,025 % при 727 %С, а у високотемпературному ферриті 0,1 % при 1499 °С. Розчинність вуглецю у феррите змінюється, після охолодження до кімнатної.температури вона стає рівної 0,006 % С.

Феррит м'який і пластичний, він має наступні механічні властивості: σ_в = 250 МПа; σ_0,2 = 120 МПа; σ = 50 %; ψ = 80 %; КСU = 2,5 МДж/м²; НВ 80.

Так само як і Fe_a, феррит магнитен до 768 °С.

Під мікроскопом феррит виявляється у виді однорідних зерен (мал. 127, а; альбом, с. 9). Позначають феррит буквами Ф чи α.

1 Феррит одержав назву від латинського Ferrum — залізо.
По властивостях феррит подібний із залізом.

2 Межатомная пора о. ц.к. ґрати Fe_a, у якій можуть розме­
щаться атоми вуглецю, має розмір 0,291r, дe r — радіус атома
заліза.

Аустеніт¹ — твердий розчин упровадження вуглецю в γ-залізі. Кристалічні ґрати аустеніту гранецентрированный куб. На мал. 128 схематично показана елементарний осередок кристалічних ґрат аустеніту з атомом вуглецю в центрі куба (атоми вуглецю можуть розміщатися в центрі куба і посередине ребер куба). Розмір межатомных пір, у яких можуть розміститися атоми вуглецю в ґратах м. ц.к., майже в два рази більше, ніж в о. ц.к. ґратам.

Тому розчинність вуглецю в Fе_γ більше, ніж у Fe_а. Максимальна концентрація вуглецю в аустеніті досягає 2,14 % при 1147⁰С і 0,8 % при 727 ⁰С.

Аустеніт, так само як Fe_γ, немагнитен, володіє меншим питомим обсягом, чим феррит. Аустеніт пластичний (S = 40—50 %), має твердість НВ 160—200. Структура аустеніту показана на мал. 127, б (альбом, с. 9). Позначають аустеніт А чи в.

Цементит — хімічна сполука заліза з вуглецем— карбід заліза Fe₃C, містить 6,67 % С. Цементит має складні кристалічні ґрати, схематично показану на мал. 129. Особливістю цементиту є його винятково висока твердість (HV 1000, цементит легко дряпає скло) і крихкість. Температура плавлення цементиту точно не встановлена, тому що при температурах нижче температури плавлення цементит розпадається на залізо і графить. Умовно температуру плавлення цементиту приймають близько 1500 °С. Позначають цементит Ц чи Fe₃C.

Характеристика окремих крапок і ліній діаграми стану Fe-Fe₃C

На діаграмі стану Fe—Fe₃C крапка А (1539 °С) відповідає температурі плавлення чистого заліза, крапка D (1500 °С) -температурі плавлення цементиту. Крапка N (1392 °С) відповідає температурі поліморфного перетворення Fe_δ ↔ Fe_y, крапка G (911 °С) — температурі поліморфного перетворення Fe_γ↔ Fe_α.

Аналіз діаграми стану Fe-Fe₃C показує, що окремі її частини подібні з деякими простими діаграмами, розглянутими раніше.

Верхній лівий кут діаграми стану Fe-Fe₃C відповідає діаграмі перитектичго типу. Тут лінії АВ-ліквидус і АH-солідус показують температури початку і кінця кристалізації рідких сплавів з утворенням високотемпературного феррита. HJB температурі, що відповідає права верхня частина діаграми стану Fe-Fe₃C є різновидом діаграми стану эвтектического типу.

 

 

Лінії NH (ліквідус) і NJ (солідус) указують температури початку і кінця кристалізації рідких сплавів відповідного складу з утворенням кристалів аустеніту. Лінія GS відповідає температурам початку кристалізації рідких сплавів з утворенням кристалів цементиту. Лінія ECF — эвтектическая горизонталь, при цій температурі протікає эвтектическое перетворення п сплавах.

У нижній частині діаграми стану Fe-Fe₃C мається эвтектоидное перетворення при температурі, що відповідає эвтектоидной горизонталі PSK.

Лінії NH і NJ відповідають температурам початку і кінця поліморфного перетворення високотемпературного феррита в аустеніт при охолодженні й аустеніту у феррит при нагріванні сплавів. Лінії GS і GP відповідають температурам початку і кінця поліморфного перетворення аустеніту у феррит при охолодженні і феррита в аустеніт при нагріванні сплавів. Лінія SE — лінія граничної розчинності вуглецю в γ-залізі (визначає граничну концентрацію вуглецю в аустеніті). Лінія PQ — лінія граничної розчинності вуглецю в а-залозі. Температури найбільш важливих перетворень у залізовуглецевих чи сплавах критичні крапки позначають буквою А з відповідними індексами. Нижче приводяться позначення ліній діаграми і відповідних їм критичних точок.

 

Лінія діаграми. . PSK GS SE NJ

Критична крапка . . A₁ А3 А_ст A₄

При нагріванні й охолодженні в реальних умовах кри-гические крапки не цілком збігаються з відповідними рівноважними лініями діаграми. При нагріванні вони трохи вище, а при охолодженні — нижче цих ліній. Тому введені додаткові позначення критичних крапок, якими користаються при термічній обробці. Для позначення критичних крапок при нагріванні додають букву з, а при охолодженні — букву с, наприклад, Ас₁, Ас₃, Ас₄— нагрівши¹, Аr₁, Ar₃, Ar₄ — охолодження ².

Лінія МО показує температуру перетворення феррита з магнітного в немагнітний стан (768 °С). Це перетворення не зв'язане з фазовою перекристалізацією і не відноситься до розряду фазових перетворень. Температура магнітного перетворення позначається крапкою А₂.

Розглянемо перетворення, що відбуваються в залізовуглецевих сплавах відповідно до діаграми стану Fe-Fe₃C. Звернемося спочатку до верхньої лівої частини діаграми стану, де мається перитектическое перетворення.