Диаграмма состояния Fe - Fe3c показывает равновесную структуру сталей и белых чугунов в зависимости от температуры и концентрации элементов (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Диаграмма состояния Fe-F3C
Структурная составляющая - изолированная часть системы, имеющая единообразное строение. Структурные составляющие могут быть простыми и сложными. Примером простых структурных составляющих является свободный феррит (не входящий в перлит) в доэвтектоидной стали. Примером сложных структурных составляющих служат перлит и ледебурит.
Ниже приводится описание отдельных линий диаграммы Fe-Fe3C.
Линия ABCD – ликвидус - показывает температуру начала кристаллизации и изменение содержания углерода в жидкой фазе.
Линия AHJEF – солидус - показывает температуру окончания кристаллизации и изменение содержания углерода в кристаллах аустенита (JE).
Линия ES - показывает предельную растворимость углерода в аустените заэвтектоидных сталей в интервале температур 1147-727 ОС.
Линия GPQ - показывает изменение содержания углерода в феррите.
Кривые линии GS и ES пересекаются в точке S при содержании углерода С=0,8% и температуре Т=727ОС, при которой протекает эвтектоидное превращение, состоящее в том, что из аустенита (А) по восходящей диффузии одновременно зарождаются и выделяются пластинчатые кристаллы феррита (Ф) и цементита (Ц), механическая смесь которых называется эвтектоидом или перлитом (П):
.
Полученный пластинчатый перлит отличается высокой прочностью (σ0,2=450 МПа; σВ=800-900 МПа) и твердостью (180-220 НВ) при достаточно высокой пластичности (δ≤16%).
Кривые линии ликвидуса BC и CD пересекаются в точке С при содержании углерода С=4,3% и температуре Т=1147ОС, при которой протекает эвтектическое превращение, состоящее в том, что из жидкого сплава (L) одновременно зарождаются и выделяются кристаллы аустенита (А) и цементита Ц (Fe3C) в виде механической смеси, называемой эвтектикой или ледебуритом (Л):
.
Ледебурит характеризуется высокой твердостью (~600 НВ) и хрупкостью.
На линии PSK (см. рис 2.1) происходит эвтектоидное превращение аустенита, содержащегося в ледебурите, в перлит, вследствие чего ледебурит ниже этой линии представляет собой смесь перлита и цементита–ЛП (П+Ц). Такой ледебурит называется перлитным в отличие от аустенитного ледебурита -ЛА (А+Ц), образующегося при эвтектическом превращении.
Линия HJB – линия перитектического превращения, которое протекает при 1490 ОС по реакции
LB + ФН AJ.
В процессе перитектического превращения жидкий сплав L состава точки В (С=0,51%) взаимодействует с кристаллами -феррита (Ф) точки Н (С=0,10%) с образованием кристаллов аустенита (А) состава точки J (С=0,16%). Перитектическое превращение протекает полностью в сплаве с содержанием С=0,16%. Сплавы с С=0,10–0,16%, будут иметь в избытке феррит, а сплавы с С=0,16–0,51% - жидкий сплав.
Железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода 0,02-2,14%, называются сталями, свыше - чугунами, а менее 0,02%, - техническим железом.