Вопрос 12.

Диаграмма железо-цементит. Практическое значение

имеют сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 6,67

% (стали и чугуны). Поэтому рассматривают диаграмму со-

стояния сплавов железа с углеродом только до этой концентра-

ции, т.е. фактически рассматривается диаграмма железо-

цементит (Fe-Fe3C). На рисунке 2.4 приведена диаграмма со-

стояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси

концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67 %.

Левая вертикальная ось соответствует 100 % содержанию желе-

за. На ней отложены температура плавления железа и темпера-

туры его полиморфных превращений. Правая вертикальная ось

(6,67 % углерода) соответствует 100 % содержанию цементита.

Буквенное обозначение точек диаграммы принято согласно ме-

ждународному стандарту и изменению не подлежит.

Линия ABCD диаграммы является линией ликвидус. На ней

начинается кристаллизация: на участке АВ – феррита, ВС – ау-

стенита и CD – первичного цементита. Линия AHJECF является

линией солидус диаграммы.

Рисунок 2.4 – Диаграмма состояния сплавов железа с цементитом

Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания

углерода делятся на стали (до 2,14 % С) и чугуны (от 2,14 до

6,67% С).

Главная роль в диаграмме состояния железоуглеродистых

сплавов отводится её левой части – сталям, так как на превра-

щениях, происходящих в стали, основана термическая обработ-

ка. Рассмотрим эти превращения. В результате кристаллизации

образуется аустенит; при понижении температуры аустенит пре-

терпевает превращения, связанные с изменением кристалличе-

ской решётки, – с переходом γ-железа в α-железо, и со снижени-

ем растворимости углерода с понижением температуры.

В точке S, соответствующей содержанию углерода 0,8 %,

при температуре 727 °С аустенит полностью распадается, обра-

зуется перлит. Сталь, содержащую 0,8 % углерода, называют

эвтектоидной. Её структура состоит из одного перлита. Сталь,

содержащую менее 0,8 % углерода, называют доэвтектоидной,

а сталь с содержанием более 0,8% углерода – заэвтектоидной.

Переход чистого железа из модификации γ-железа в α-железо

происходит при температуре 911 °С.

Сплав, содержащий до 0,02 % углерода, не имеет после за-

вершения всех превращений в структуре перлита. Такой сплав

часто называют техническим железом. Структура технического

железа представляет собой зёрна феррита или феррит с неболь-

шим количеством третичного цементита.

Линия GSE диаграммы называется линией верхних крити-

ческих точек или линией начала превращения аустенита (при

охлаждении). Линия GS обозначается А3 (Ас3 – при нагревании,

Аr3 – при охлаждении). Линия SE обозначается Acml. Линия PSK

диаграммы (температура 727 °С) называется линией нижних

критических точек, или линией перлитного превращения (при

охлаждении). Она обозначается А1 (Ас1 – при нагревании, Аr1)

– при охлаждении).

Рассмотрим теперь превращения в чугунах. Точка С (4,3 %

углерода) представляет собой эвтектическую точку. Она соот-

ветствует температуре 1147 °С, при которой кристаллизуется

сплав указанного содержания углерода, при этом одновременно

выделяются из жидкого сплава кристаллы аустенита и первич-

ного цементита, образуя эвтектическую смесь – ледебурит. Его

структура представляет собой равномерную смесь кристаллов

аустенита с цементитом.