Главная | Обратная связь

Діаграма стану залізо — графіт

Діаграма стану залізо — графіт (стабільна) характеризує фазовий стан залізовуглецевих сплавів, у яких перетворення відбуваються з утворенням цілком рівноважних фаз. Діаграма стану залізо — графить зображена штриховими лініями на мал. 126. У стабільній системі залізо — графить фазами є: рідкий сплав — рідкий розчин (розплав) заліза з вуглецем, аустеніт, ферит і графіт. Характеристики аустеніту і феррита були дані при розгляді метастабилыгой системи залізо — цементит. Особливістю розглянутої стабільної системи є утворення графіту.

Графіт являє собою вільний вуглець. Схема атомної будівлі вуглецю показана на мал. 138, а. Атом вуглецю має чотири валентних електрони, за допомогою яких він зв'язаний з чотирма сусідніми атомами. Кристалічні ґрати графіту представлені на мал. 138, б. Як видно з мал. 138, б, атоми вуглецю розташовуються шарами. У кожнім шарі відстань між центрами атомів дуже мало (0,142 ні), сили зв'язку між атомами великий і зв'язок виходить міцної. Однак між атомами, розташованими в рівнобіжних шарах, відстань більше (0,34 нм), межатомні сили зв'язку ослаблені, тому графить легко сколюється по шарах.

Щільність графіту 2,2 г/см³ (щільність а-заліза 7.68 г/см³), він м'який, міцність цю невелика.

 

 

 

Графіт є неметалічною фазою. При розгляді під мікроскопом нетравлених шліфів графить виявляється у виді темних (чорних) включень. При виготовленні шліфа графить легко фарбується з порожнин, у яких він розташований, тому при розгляді шліфа під мікроскопом часто видний не графіт, а порожнина, з якої він викришився.

На мал. 139 діаграма стану залізо — графіт представлена окремо. На діаграмі лінії ВС (ліквідус) і JE' (солідус) визначають температури початку і кінця кристалізації рідких сплавів з утворенням кристалів аустеніту. Це перетворення в сплавах системи залізо — графить протікає в теж температурному інтервалі, що й у сплавах системи залізо — цементит.

Лінія ліквідусу CD' відповідає температурам початку кристалізації рідких сплавів з виділенням графіту (графіт первинний, Г,). Виділення з рідкого сплаву графіту первинного відбувається в інтервалі тим-ператур між лініями CD' і Е'С'' (эвтектическая горизонталь, 1153 ⁰С). При температурі цієї горизонталі рідкий сплав складу крапки С (4,26 % С) кристалізується з утворенням евтектикищоскладається з аустеніту складу крапки Е' (2,11 % С) і графіту:

Ж. С_4.26→А_2.11 + Ге. (50)

Евтектику (А + Гэ) називають графітною евтектикою. Лінія Е'S — це лінія граничної розчинності вуглецю— у γ залізі (граничного вмісту вуглецю в аустеніті). При зниженні температури концентрація вуглецю в аустеніті зменшується, і з аустеніту виділяється вуглець, що утворить включення вторинного графіту.

Лінія P'S'K' — эвтектоидная горизонталь (738 °С). При температурі, що відповідає цієї горизонталі, аустеніт складу крапки S' (0,69 % С) розпадається з утворенням евтектоїда, що складається з ферита складу крапки Р' і графіту:

А_0.69→Ф+Г_ед, (51)

де Г_ед — евтектоїдний графіт.

 

Рис 139 Діаграма стану залізо-графіт

Евтектоїд, що містить графіт, називають графітним евтектоїдом.

Після повного охолодження всі сплави системи залізо — графіт складаються з двох фаз — ферита і графіту.

Основна маса графіту виділяється при первинній і евтектичній кристалізації. Особливість кристалізації графіту полягає в наступному.

У рідкому сплаві кристалізація графіту відбувається шляхом утворення центрів кристалізації і їхніх ростів. Після того як центр кристалізації утворився, подальша кристалізація графіту відбувається шляхом приєднання атомів вуглецю до наявного центра. Включення графіту росте, розгалужується і здобуває форму розеток із сильно скривленими пелюстками мал. 142, а; альбом, с. 12). Так кристалізується первинний і эвтектический графить. Після закінчення затвердіння при подальшому охолодженні графить вторинний і эвтектоидный графить власних центрів кристалізації не утворять, а приєднуються до раніше виділилися з рідкого сплаву включенням, збільшуючи їхні розміри. Тому спостерігаючи під мікроскопом включення графіту, не можна вказати, яка частина даного включення утворилася з рідкого сплаву, а яка — у результаті вторинної чи эвтектоидной кристалізації.

Розглянемо, використовуючи діаграму стану стабільної системи залізо — графить, кристалізацію доэвтек-тического чавуна зі змістом вуглецю 3,5 % (див. мал. 139). До температури t₁ на лінії ліквідусу ВС сплав знаходиться в рідкому стані. В інтервалі температур від t₁ до 1153°С з рідкого сплаву виділяються первинні кристали аустеніту.

Склад рідкого сплаву змінюється по лінії ліквідусу ВС, а кристалів аустеніту — по лінії солідуса JE'. По досягненні температури 1153 ⁰С сплав складається з первинних кристалів (дендритів) аустеніту зі змістом вуглецю 2,11 % (точкаЕ') і рідкої фази эвтектического складу 4,26 % С(точкаС). При температурі 1153 °С рідка частина сплаву кристалізується з утворенням графітної евтектики:

Жс_4.26→А_2.11+Ге (52)

При охолодженні сплаву в інтервалі температур від 1153 до 738 ⁰С з аустеніту, склад якого змінюється по лінії Е'S', що виділився вуглець утворить включення вторинного графіту. А потім при температурі 738 ⁰С відбувається евтектоидное перетворення аустеніту:

A_0.69+Ф + Гед (53)

У результаті цього перетворення утвориться графітний евтектоїд.

Однак після повного охолодження в структурі чавуна неможливо диференціювати частки графіту эвтектического, эвтектоидного і вторинного, тому що частки вторинного і эвтектоидного графіту утворяться як на готових центрах кристалізації на частках графіту, що виник у першу чергу, тобто при температурі эвтектики. У результаті структура сплаву істотно спрощується. Вона складається з зерен феррита і вигнутих пластин графіту. При розгляді його структури під мікроскопом будуть спостерігатися дві структурні складові: феррит і графить.

Таку структуру будуть мати всі доэвтектические чавуни, кристалізація яких відбувається відповідно до діаграми стану залізо — графить.

Кристалізація заэвтектических чавунів, що містять більш 4,26 % С, буде відрізнятися тим, що спочатку в інтервалі температур між лінією ліквідусу D'C і эвтектической лінією Е'С'' з рідкого сплаву буде виділятися первинний графіт /V частина рідкого сплаву, Що Залишилася, при температурі 1153 ⁰С кристалізується з утворенням графітної эвтектики. Таким чином, загальна кількість графітних включень у заэвтектическом чавуні буде більше, ніж у доэвтектическом. Після повного охолодження структура заэвтектического чавуна також складається з двох складових: феррита і графіту.

Таку ж структуру буде мати і эвтектический чавун (4,26 % С).

Отже, відповідно до діаграми стану залізо — графить структура всіх чавунів після повного охолодження повинна складатися з феррита і графіту. Феррит складає металеву основу чавуна, у яку украплені включення графіту (структурно вільний графіт).