Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов

Существует две диаграммы железоуглеродистых сплавов: железо-цементит и железо-графит. Эта двойственность обусловлена тем, что в зависимости от внешних условий в равновесии с жидким раствором и твердыми растворами железа могут находиться как цементит (карбид железа Fe₃C), так и графит.

Цементит является неустойчивым химическим соединением, которое в случае длительного пребывания при достаточно высоких температурах диссоциирует с выделением графита. Неустойчивость цементита возрастает с повышением содержания углерода в сплавах. В сталях цементит отличается высокой устойчивостью; графит в них может появляться лишь в результате длительного пребывания (тысячи часов) при температурах 500–700°С. В чугунах графит часто образуется уже при медленном охлаждении или при нагревах и относительно кратковременных выдержках при повышенной температуре.

Однако диаграмму состояний железоуглеродистых сплавов изображают двумя системами линий: сплошными, отражающими состояние равновесия в присутствии в сплавах цементита, и пунктирными – графита.

Наибольшее практическое значение имеет метастабильная диаграмма состояний Fe-Fe₃C, т.к. появление графита в чугунах объясняется протеканием вторичной реакции графитизации: цементит → железо + графит, а в сталях графит встречается чрезвычайно редко.

Диаграмма состояний Fe-Fe₃C представлена на рис. 27, 28.

На диаграмме Fe-Fe₃C точка А (1539°С) отвечает температуре плавления железа, а точка D (~1600°С) – температуре плавления цементита. Точки N (1392°С) и G (911°С) соответствуют полиморфному превращению α ↔ γ.

Концентрация углерода (по массе) для характерных точек диаграммы состояния Fe-Fe₃C следующая: В – 0,51% С в жидкой фазе, находящейся в равновесии с δ-ферритом и аустенитом при перитектической температуре 1499°С; Н – 0,1% С предельное содержание в δ-феррите при 1499°С;

J – 0,16% С – в аустените при перитектической температуре 1499°С;

Е – 2,14% С предельное содержание в аустените при эвтектической температуре 1147°С; S – 0,8% С – в аустените при эвтектоидной температуре 727°С; Р – 0,02% С – предельное содержание в феррите при эвтектоидной температуре 727°С.

Рис. 27. Фазовый анализ диаграммы состояния железо-цементит:

а – общий вид; б – верхний левый угол диаграммы