1.1.Общий анализ диаграммы состояния железо-цементит и ее практическое значение

Диаграмма состояния-графическое изображение фазового состояния всех сплавов данной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма железо-углерод (цементит). Диаграмма состояния железо-углерод необходима: для установления правильных условий литья деталей, для назначения оптимальных режимов горячей деформации металлов , для назначения различных режимов термической и химико-термической обработки деталей из стали и чугуна, при разработке технологий сварки. Анализ диаграммы: По остановкам или перегибам на кривых охлаждения можно установить температуры начала и конца фазовых превращений т. е. определить критические точки. Критические точки на кривой охлаждения железа 1539, 1392, 911, 768 ˚С. Существует два типа диаграмм: метастабильные-сплошные линии(железо-карбид) и стабильные-штриховые линии(железо-графит). ACD- линия начала первичной кристаллизации (линия ликвидуса). AECF-линия конца первичной кристаллизации( линия солидуса). ECF-линия эвтектического превращения, по этой линии происходит реакция . GS- линия начала перехода аустенита в феррит. SE-линия предельной растворимости углерода в ɣ-железе. PSK-линия эвтектоидного или перлитного превращения, реакция: .

GP- линия окончания аллотропических превращений в сплавах, по этой линии превращение аустенита в феррит заканчивается. PQ-линия предельной растворимости углерода в α-железе. GS-совокупность верхних критических точек для доэвтектоидной стали.SE- совокупность верхних критических точек для заэвтектоидной стали. PSK- совокупность нижних критических точек для всех сплавов. S- эвтектоидная точка. C-эвтектическая точка.

1.3.Строение и свойства сплавов железо-углерод. Твердые растворы, механические смеси, химические соединения.

А) Жидкий раствор углерода в железе(Ж) . В жидком состоянии железо и углерод неограниченно растворимы друг в друг, в растворе углерод статически равномерно распределен между атомами железа. Атом углерода окружен 6ю атомами железа, образующими октаэдр.

Б) Феррит (Ф) . Твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Растворимость углерода в α-железе при нормальной температуре составляет 0,006%. Максимальная растворимость достигается при t=727 ˚С и составляет 0,025%. Твердость 80…100HB

В) Аустенит (А). Твердый раствор внедрения углерода в ɣ-железе. Максимальная растворимость углерода в таком железе при t=1147 ˚С составляет 2,14%. При понижении температуры растворимость уменьшается и при t=727 ˚С составляет 0,8%. Максимальная растворимость углерода в ɣ-железе принята за границу между сталью и чугуном. Сплавы с содержанием углерода менее 2,14% называются сталями, а с большим-чугунами. Пластичность δ=40..50%. Твердость 180..200HB

Г) Цементит (Ц). Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа ), содержит 6,67%С. Имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Твердость более 800HB. Температура плавления точно не установлена и принимается 1250 ˚С

При сплавлении железа с углеродом возникают следующие структурные составляющие:

Перлит (П). Механическая смесь пластинок феррита и цементита, содержащая 0,8% С. Образуется при температуре 727 ˚С в результате распада аустенита при его охлаждении. Может быть пластинчатым и зернистым. Твердость 160..200HB.

Ледебурит (Л). Механическая смесь пластинок аустенита и цементита. Образуется в результате кристаллизации жидкого расплава, содержащего 4,3%С при температуре 1147 ˚С. Твердость 600..700HB. Он очень хрупок.

В процессе охлаждения при содержании углерода в сплавах выше предела растворимости он может выделяться в виде графита. Чаще всего он присутствует в высокоуглеродистых сплавах- чугунах.

В твердых растворах и в цементите атомы железа и углерода положительны ионизированны, т. е. углерод ведет себя подобно металлу.