Диаграмма состояния «Fе – Fе3с»
Диаграмма состояния «Fе – Fе3С» представлена на рисунке 2.
По горизонтальной оси диаграммы откладывается содержание углерода от 0 до 6,67% или от 0 до 100% цементита Fе3С, а по вертикальной оси — температура. Каждая точка на диаграмме характеризует определенный состав сплава при определенной температуре. В ПРИЛОЖЕНИИ приведены таблицы, где указаны соответствующие точкам диаграммы «Fе – Fе3С» значения температур и концентраций углерода (табл.1) и значения критических точек диаграммы «Fе – Fе3С» (таблица 2).
Верхняя часть диаграммы
Линия АВСD называется ликвидусом (по латыни ликвидус — «жидкий»), начало затвердевания сплавов при переходе из жидкого состояния в твердое, выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии.
Линия АHJEСF является линией конца затвердевания сплавов и называется солидусом (по латыни солидус — «твердый»).
Чистое железо плавится и затвердевает при 1539 °С (ось ординат). Эвтектический сплав, содержащий 4,3% углерода, плавится и затвердевает при температуре, соответствующей т.С (1130 °С). Остальные сплавы претерпевают плавление и кристаллизацию в определенном интервале температур в зависимости от содержания углерода.
При температурах, соответствующих линии АВ, из жидкого сплава начинает выделяться твердый раствор δ-феррита. В области АНВ существует двухфазное состояние системы – жидкая фаза + кристаллы δ-феррита. Далее на горизонтали НJB при 1499° происходит перитектическое превращение согласно реакции:
LВ + ФН → AJ ,
при котором жидкая фаза состава точки В (LВ) в количестве, определяемом отрезком НJ, и δ-феррит, состава точки Н, (ФН), реагируя между собой, образуют аустенит, состава точки J, (AJ). Поэтому в сплавах, лежащих левее точки J (линия HJN) и потому имеющих избыточное количество кристаллов твердого δ-феррита, при переходе линии перитектического превращения образуется структура - аустенит плюс кристаллы δ-феррита; в сплавах, лежащих левее т.Н (область AHN) структура - δ-феррит, а в сплавах, лежащих правее точки J и имеющих избыточное количество жидкой фазы, при переходе линии перитектического превращения образуется структура - аустенит и жидкая фаза.
Правее точки В при температурах, соответствующих линии ВС и ниже ее, из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита с пониженным содержанием углерода, а оставшийся жидкий сплав по мере охлаждения обогащается углеродом.
Рисунок
2 - Диаграмма состояния сплавов «Fе—Fе3С»
Затвердевание сплавов, содержащих до 2,14 % С, заканчивается на линии АНJЕ (линия солидус). Ниже линии NJЕ сплавы состоят только из одного аустенита.
Затвердевание сплавов, содержащих от 2,14 до 6,67 % углерода, заканчивается на линии ЕСF – линии эвтектического превращения. В этом случае жидкий сплав состава точки С (4,3% углерода) кристаллизуется при постоянной температуре (1130°С) с образованием ледебурита (Л) согласно реакции:
LC → AE + Ц → Л
Таким образом, ниже линии ЕС структура затвердевших сплавов будет состоять из аустенита и ледебурита. Ледебурит – эвтектика, т.е. механическая смесь, состоящая в момент образования из аустенита и цементита.
Сплавы, содержащие от 4,3 до 6,67 % С, начинают кристаллизоваться при температурах, соответствующих линии СD (ликвидус) и ниже. Сначала из жидкого сплава выделяются кристаллы первичного цементита, вследствие чего оставшийся жидкий сплав обедняется углеродом. После достижения температуры, соответствующей линии СF (солидус), оставшийся жидкий сплав принимает состав точки С и затвердевает при постоянной температуре. В результате кристаллизации такие сплавы имеют структуру, состоящую из первичного цементита и ледебурита.
Таким образом, сплавы с содержанием менее 2,14 % углерода, будут иметь в структуре аустенит; сплавы, содержащие от 2,14 % до 4,3 % углерода, - ледебурит и аустенит; с содержанием 4,3 % углерода – ледебурит; а с содержанием углерода от 4,3 до 6,67% - ледебурит и первичный цементит.