Диаграмма состояния Fe-Fe3c

Характерные точки диаграммы состояния железо-цемен­тит

Превращения в сплавах системы Fe-Fe₃C происходят как при затверде­вании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, опреде­ляемых на линиях ликвидус (ABCD) и солидус (AHJECF). Вторичная кри­сталлизация вызвана превращением же­леза одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите; при понижении температуры эта растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ES и PQ характеризуют измене­ние концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Цементит имеет почти неизменный состав (двой­ная вертикальная линия DFKL). Цемен­тит, выделяющийся из жидкости, назы­вают первичным; цементит, выделяющийся из аустенита - вторичным; це­ментит, выделяющийся из феррита - третичным. Соответственно линию CD на диаграмме состояния называют ли­нией первичного цементита, ES- линией вторичного цементита; PQ-линией тре­тичного цементита. В системе железо - цементит происходят три изотермиче­ских превращения:

перитектическое превращение на ли­нии HJB (1499°С)

Ф_Н + Ж_В→A_J

эвтектическое превращение на линии ECF (1147 °С)

Ж_С→ [А_E + Ц]

эвтектоидное превращение на линии PSK (727 °С)

А_S→ [Ф_Р + Ц]

Эвтектическая смесь аустенита и це­ментита называется ледебуритом, а эвтектоидная смесь феррита и цементи­та - перлитом.

Эвтектоид - перлит (содержит 0,8 %С) и эвтектику-ледебурит (4,3 %С) рассма­тривают как самостоятельные струк­турные составляющие, оказывающие за­метное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структур­ной составляющей. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в перлит, и при температуре 20-25°С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной соста­вляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердо­сти (> НВ 6000) и хрупкости. Присут­ствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обра­ботке давлением, затрудняет обработку резанием.

Железоуглеродистые сплавы подраз­деляют на две группы: стали, содержа­щие до 2,14%С, и чугуны.

Диаграмма состояния железо - легирующий элемент с открытой γ-областью

Диаграмма состояния железо - легирующий элемент с замкнутой γ-областью: а - открытая α-область; б - закрытая α-область

Влияние легирующих элементов на протяженность замкнутой γ-области

Углеродистые стали

На долю углеродистых сталей прихо­дится 80% от общего объема. Это объясняется тем, что эти стали дешевы и сочетают удовлетворительные меха­нические свойства с хорошей обрабаты­ваемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давле­нием они значительно превосходят ле­гированные стали. Однако углеродис­тые стали менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки углеро­дистые стали охлаждают в воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности с ле­гированными сталями их следует подвергать отпуску при более низ­кой температуре, поэтому они сохра­няют более высокие закалочные напря­жения, снижающие конструкционную прочность.

Главный недостаток углеродистых сталей - небольшая прокаливаемость (до 12 мм), что существенно ограничивает размер деталей, упрочняемых термиче­ской обработкой. Крупные детали изго­товляют из сталей без термического упрочнения. По статической прочности углеродистые стали относятся преимущественно к сталям нормальной прочности. Углеродистые конструкцион­ные стали выпускают обыкновенного качества и качественные.