2.1.2 Фазы, структуры, название линий

ACB- Ликвидус

DCE - Солидус

qad- конода

2.1.4 Положение о правиле фаз

В любой системе количество фаз, находящихся в равновесии, зависит от внутренних и внешних условий. Закономерности всех изменений, происходящих в системе, подчинены общему закону равновесия, который называется правилом фаз или законом Гиббса.

Правило фаз выражает зависимость между числом степеней свободы с (вариантностью), числом компонентов k и числом фаз системы f, находящихся в равновесии. В общем виде c=k-f+p. Здесь р – число переменных внешних факторов равновесия (температура и давление). Обычно все превращения в металлах и сплавах происходят при постоянном атмосферном давлении. Тогда правило фаз записываю так: c=k-f+1.

Точка 1: С= 2-1+1=2

Точка 2: С= 2-3+1=0

2.1.5 Положение о правиле отрезков

Это правило может быть использовано только для тех областей диаграмм, в которых сплавы находятся в двухфазном состоянии. Второе положение правила отрезков позволяет определять количественное соотношение фаз при любой температуре.

Количественное соотношение:

=

=

А

=

Первое положение правила отрезков формируется следующим образом. Для того, чтобы определить концентрации компонентов в фазах через данную точку, которая характеризует состояние сплава, проведём горизонтальную линию до пересечения с линиями , ограничивающими данную область. Проекции точек пересечения на ось концентрации показывают составы фаз.

Второе положение правила отрезков формулируется так: Для того, чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точной и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

2.2.2 Представление о фазах

В системе железо-углерод возможно присутствие следующих фаз: жидкой фазы, твердых растворов на основе α-железа (феррита) и на основе γ-железа (аустенита), химического соединения Fe₃C (цементита) и графита.

Аустенит (А)- твердый раствор внедрения углерода в γ- железа, обозначается Fe_γ (γ- одна из модификаций железа от 911^оС до 1539^оС). При температуре 1147^оС аустенит может содержать до 2,14% углерода, при 727^оС- 0,8% углерода.

В феррите и аустените могут растворяться многие легирующие элементы, образуя твердые растворы замещения и резкого изменяя их свойства. Кроме того, легирование может значительно менять температуру границ существования этих фаз.

Феррит (Ф), являющийся твердым раствором внедрения углерода в α-железо, обозначается Fe_α (α-одна из модификаций железа от 0^оС до 911^оС (О.Ц.К. решетка)). При температуре 727^оС наблюдается максимальная растворимость углерода в феррите, составляющая 0,02%; при температуре 20^оС в феррите растворяется примерно 0,006% углерода. Свойства феррита близки к свойствам чистого железа.

Цементит (Ц)- карбид железа Fe₃C, в котором содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита 1252^оС. Цементит обладает высокой твердостью (примерно 800НВ), легко царапает стекло, очень хрупок, имеет почти нулевую пластичьность, сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. При нагреве цементит распадается.

В системе Fe-Fe₃C на разных ярусах происходят эвтектическое и эвтектоидное превращение. По линии ECF при температуре 1147^оС происходит эвтектическое превращение: Ж_с↔ А_Е+ Ц_F. Образующаяся эвтектика называется ледебуритом.

Ледебурит (Л)- механическая смесь аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода.

По линии PSK при температуре 727^оС происходит эвтектоидное превращение: А_S↔Ф_р+ Ц_К, в результате которого из аустенита, содержащего 0,8% углерода, образуется механическая смесь феррита и цементита. Образующийся эвтектоид называется перлитом.

Перлит (П)- механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит состоит из пластинок цементита в ферритной основе, на травленом шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название-перлит. Зерно перлита состоит из параллельных пластинок цементита и феррита.