Диаграмма состояния железо-углерод

Диаграмма состояния железо-углерод дает представление о строении углеродистых сплавов – сталей и чугунов (упрощенный вариант диаграммы показан на рисунке 4.1). Первое представление о диаграмме дал Д. К. Чернов еще в 1868г.

Содержание углерода в железе ограничивается 6,67%, так как при этой концентрации образуется химическое соединение – карбид железа (Fе₃С) или как его чаще называют – цементит.

Цементит и является вторым компонентом диаграммы.

Точка А (1539^о С) соответствует температуре плавления чистого железа. Точка D (1500^о С) – температуре плавления цементита.

Для построения диаграммы необходимо знать ее области, линии, температуры, концентрации.

Помимо двух указанных выше концентраций и температур, необходимо помнить ряд других.

Для линии ликвидуса характерными являются также точки:

В (0,51%С, 1490^о С), С (4,3%С, 1147^о С).

Для линии солидуса характерными являются точки:

Е (2,14%С – предельное состояние углерода в аустените, 1147^о С), С (4,3%С, 1147^о С), F (6,67%С, 1147^о С).

Для линии полиморфного превращения характерными являются точки: G (910^о С), S (0,8%С, 727^о С), Е.

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой: жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит, и свободный углерод в виде графита.

Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в альфа железо. Имеет ОЦК решетку.

Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите всего лишь 0,02%, в высокотемпературном 0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Fe_α обусловлена малым размером межатомных пустот в ОЦК решетке. Атомы углерода размещаются в дефектах кристаллической решетки – вакансиях и дислокациях.

Феррит мягкая пластическая фаза.

Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в альфа железо. Имеет ОЦК решетку.

.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в Fe_γ.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в Fe_γ.

Он имеет ГЦК решетку, межатомные пустоты которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe_γ значительно больше и достигает 2,14%.

Аустенит пластичен, но прочнее феррита.

Цементит – карбид железа Fe₃C, содержит 6,67% С и имеет сложную ромбическую решетку. Цементит тверд и хрупок.

Графит – углерод, выделяющийся в железоуглеродистых спла вах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Электропроводен, химически стоек. Малопрочен, мягок.

Эвтектоидную смесь, состоящую из феррита и цементита, называют перлитом. Перлит имеет пластинчатое строение, кристаллы цементита перемежаются с кристаллами феррита.

Смесь перлита и цементита называют ледебуритом.

В зависимости от содержания углерода в системе ( Fe-С ) имеются две большие группы сплавов: стали и чугуны.

.

Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С. Сплавы с большим содержанием углерода называют чугунами.

Сталь, содержащую 0,8% С, называют эвтектоидной.