2. Задание 2

Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. С приведением кривой охлаждения опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 1,3%С. Какая структура у этого сплава при комнатной температуре, и как он называется?

Ответ:

Диаграмма состояния Fe–Fe₃C (рис. 3) характеризует фазовый состав и структуру в системе с концентрацией от чистого железа до цементита, содержащего 6,67 % С. По оси абсцисс диаграмма имеет две шкалы, показывающих содержание углерода в сплаве и количество цементита. Координаты характерных точек приведены в табл.1.

Рис. 3. Диаграмма состояния Fe–Fe₃C

Таблица 1. Характерные точки диаграммы состояния железо–цементит

Точки А и D характеризуют температуру плавления железа и цементита соответственно. Точки N и G – температуры полиморфных превращений железа. Точки Н и Р характеризуют максимальную растворимость углерода в ОЦК решетке железа в высокотемпературной и низкотемпературной областях. Точка Е определяет максимальную растворимость углерода в железе с ГЦК решеткой. Фазовые превращения в системе Fe–Fe3C происходят как при затвердевании из жидкого агрегатного состояния, так и в твердом агрегатном состоянии. Первичная кристаллизация идет в областях между линиями ликвидус (ABCD) и солидус (AHJECF). Вторичная кристаллизация в твердом агрегатном состоянии является следствием полиморфного превращения железа и изменения растворимости углерода в железе с изменением температуры.

На линии ликвидус начинается кристаллизация из расплава соответственно на участке АВ – феррита (δФ) , на участке ВС – аустенита (А) и на участке СD – цементита первичного (Ц_I). На линиях АН и JЕ завершается кристаллизация δФ и аустенита из жидкой фазы. Для диаграммы Fe–Fe₃C характерны три изотермических превращения:

– перитектическое на линии HJВ при температуре 1499 °С

ФН + ЖB АJ;

– эвтектическое на линии ECF при температуре 1147 °С

ЖC АE + ЦF;

– эвтектоидное на линии PSK при температуре 727 °С

АS ФP + ЦK.

Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом (Л), а эвтектоидная смесь феррита и цементита вторичного – перлитом (П). Ледебурит и перлит рассматривают как самостоятельные структурные составляющие. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и обладает высокими механическими свойствами: _в= 800…900 МПа,_0,2= 450 МПа, δ16%, твердость 180…220 НВ.

Ледебурит имеет сотовое или пластинчатое строение. Сотовая структура образуется при медленном охлаждении и представляет собой пластины цементита, переплетенные кристаллами аустенита. Большое количество цементита, присутствующего в ледебурите, обеспечивает его большую твердость, порядка 600 НВ, и хрупкость, что затрудняет механическую обработку сплавов с ледебуритной структурой.

Стали в зависимости от содержания углерода подразделяются на эвтектоидные, содержащие ~ 0,8 % С, доэвтектоидные (от 0,02 до 0,8 % С) и заэвтектоидные (более 0,8 и до 2,14 % С).

Вычертим кривую охлаждения заэвтектоидного сплава 1,3%С, рис. 4:

Такой сплав называется заэвтектоидной сталью (>0,8%С), ниже 727°С будет иметь следующую перлитно-цементитную структуру.

Основные фазы диаграммы:

• жидкость – жидкий раствор углерода в железе;

• аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе;

• феррит – твердый раствор углерода в α-железе;

• цементит – химическое соединение железа и углерода Fе₃С;

Рис. 4. Диаграмма железо-цементит (слева),