Двухфазные составляющие

В системе железо-углерода имеются две двухфазных струк­турных составляющих: перлит и ледебурит.

Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита пластинчатого строения с содержанием углерода 0,8%, образуется из аустенита при постоянной температуре на линии эвтектоидного превращения РSК по реакции А_sФ_р + Ц_к и находится при этой темпе­ратуре в равновесии с аустенитом состава точки S.

Ледебурит – эвтектическая смесь образуется из жидкости при постоянной температуре на линии эвтектического превращения ЕСF по реакции Ж_с А_E+Ц_F, содержит 4,3% С и состоит в интер­вале температур от линии ЕСF до линии РSК из смеси аустенита и цементита, а при температуре ниже линии РSК из перлита и цементита. На линии ЕСF ледебурит находится в равновесии с жидкостью состава точки С. При комнатной температуре ледебурит состоит из пластин цементита, в которых расположены столбики перлита.

Рис. 2. Структура железо-углеродистых сплавов в равновесном состоянии:

а, б, в) доэвтектоидные сплавы; г) эвтектоидный сплав; д)заэвтектоидный сплав

Диаграмма железо-углерод

Диаграмма железо – углерод (рис.3), изображаемая сплошными лини­ями, является метастабильной диаграммой железо-цементит, а диаграмма, изображаемая пунктирными линиями, является стабиль­ной диаграммой железо-графит.

АВСД (АВСД) – линия ликвидус в метастабильной (стабильной) диаграмме.

АНJЕСF (АНJЕ^С^F^) – линия солидус в метастабильной (стабильной) диаграмме.

АВ и АН – линии начала и конца кристаллизации феррите.

ВС (ВС^) и JE (JЕ^) – линии начала и конца кристаллизации аустенита в метастабильной (стабильной) диаграмме.

HJB – линия перитектического превращения. Точка J является перитектической точкой.

ECF (E^C^F^) – линия эвтектического превращения в метастабильной (стабильной) диаграмме.

NH и NJ – линии начала и конца полиморфного превращения -феррита в аустенит.

СД (С^Д^) – линии начала кристаллизации цементита (графита) в метастабильной (стабильной) диаграмме.

С (С^) – эвтектическая точка в метастабильной (стабильной) диаграмме.

ЕS (E^S^) – линии ограниченной растворимости углерода в аустените в метастабильной (стабильной) диаграмме.

РQ (Р^Q^) – линия ограниченной растворимости углерода в феррите в метастабильной (стабильной) диаграмме.

5. Структура углеродистой стали в равновесном состоянии

Сталью называется сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием углерода до 2% (точка Е).

Равновесным состоянием называется такое состояние, при котором все фазовые превращения, присущие сплаву, полностью завершились, и сплав получил минимум свободной энергии. Равновесное состояние наступает при очень медленном охлаждении.

Структура стали зависит от содержания в ней углерода, и по структуре и содержанию углерода стали подразделяются: сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (левее точки Р) называется техническим железом, сплавы с содержанием углерода до 0,8% (левее точки S) – доэвтектоидной сталью, сплавы с содержанием углерода 0,8% (точка S) – эвтектоидной сталью, сплавы с содержанием углерода более 0,8% (правее точки S) – заэвтектоидной сталью.

В результате кристаллизации стали получается одинаковая зернистая структура аустенита, не зависящая от содержания углерода. Конечная структура стали и ее свойства зависят от процессов перекристаллизации стали, описываемых подсистемой диаграммы Fе-C, изображаемой на рис. 4.

Рис. 4. Часть диаграммы состояния сплавовFе-С, описывающая

перекристаллизацию стали

Сплавы 1 и 2. Ниже линии GS начинается процесс полиморфного превращения аустенита в феррит. В процессе по­лиморфного превращения содержание углерода в аустените изменяется по линии GS, а в феррите – по линии GР. На линии GP полиморфное превращение заканчивается, и структура сплавов 1 и 2 состоит из зерен феррита. При дальнейшем охлаждении сплава 1 в нем никаких структурных превращений не происходит, в сплаве 2 происходит физическое охлаждение сплава без структурных превращений. При температуре сплава ниже линии РQ феррит пересыщается углеродом и на поверх­ности зерен феррита образуется третичный цементит, при этом количестве образовавшегося цементита третичного будет равно

%.

Структура сплава 1 изображена на рис. 2а, сплава 2 – на рис. 2б.