Цементит

Цементит - это химическое соединение углерода с железом (карбид железа) Fe₃C. Так как растворимость углерода в α-железе мала, то при нормальных температурах в большинстве случаев в структуру стали входят высокоуглеродистые фазы в виде цементита или другого карбида.

Температура плавления цементита - около 1250 °С. Аллотропических превращений цементит не испытывает, но при низких температурах он слабо ферромагнитен. Магнитные свойства цементит теряет при 217 °С. Цементит имеет высокую твердость > НВ800, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Цементит - соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение для высокоуглеродистых сплавов – чугунов.

Диаграмма состояния

Линия ABCD является ликвидусом системы, линия AHJECF - солидусом.

Так как железо, кроме того, что образует с углеродом химическое соединение Fe₃C, имеет две аллотропические формы α и γ, то в системе существуют следующие фазы:

жидкость (жидкий раствор углерода в железе), существующая выше линии ликвидус, обозначаемая везде буквой L;

цементит Fe₃C - линия DFKL, обозначаемая в дальнейшем химической формулой или буквой Ц;

феррит - структурная составляющая, представляющая собой α-железо, которое в незначительном количестве растворяет углерод; обозначается буквой Ф, α или α-Fe. Область феррита в системе железо - углерод расположена левее линии GPQ и AHN;

аустенит - структура, представляющая собой твердый раствор углерода в γ-железе. Область аустенита на диаграмме - NJESG. Обозначается аустенит А, или γ-Fe.

Три горизонтальные линии на диаграмме (HJB, ECF и PSK) указывают на протекание трех нонвариантных реакций.

При 1499 °С (линия HJB) протекает перитектическая реакция:

В результате перитектической реакции образуется аустенит. Реакция эта наблюдается только у сплавов, содержащих углерода от 0,1 до 0,5%. При 1147 °С (горизонталь ECF) протекает эвтектическая реакция:

В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом (немецкий ученый Ледебур)

Реакция эта происходит у всех сплавов системы, содержащих углерода более 2,14 %.

При 727 °С (горизонталь PSK) протекает эвтектоидная реакция

Продуктом превращения является эктектоидная смесь. Эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом, имеет вид перламутра, почему эта структура и получила такое название.

У всех сплавов, содержащих свыше 0,02 % углерода, т. е. практически у всех промышленных железоуглеродистых сплавов, происходит перлитное (эвтектоидное) превращение.

Различают три группы сталей: эвтектоидные, содержащие около 0,8%С, структура которых состоит только из перлита; доэвтектоидные, содержащие меньше 0,8 % С. структура котопых состоит из феррита и перлита, и заэвтектоидные, содержащие от 0,8 до 2,14 %С, структура которых состоит из перлита и цементита.

Термическая обработка Общие положения термической обработки

Термическая обработка состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры и последующим охлаждением вызвать желаемое изменение структуры металла.

Основные факторы воздействия при термической обработке - температура и время, поэтому режим любой термической обработки можно представить графиком в координатах t (температура)—  (время).

Режим термической обработки характеризуют следующие основные параметры:

- температура нагрева t_max, т.е. максимальная температура, до которой был нагрет сплав при термической обработке;

- время выдержки сплава при температуре нагрева _в,;

- скорость нагрева V_нагр;

- скорость охлаждения V_охл.

Если нагрев (или охлаждение) происходит с постоянной скоростью, то это в координатах температура - время характеризуется прямой линией с определенным, постоянным углом наклона.

Термическая обработка может быть сложной, состоящей из многочисленных нагревов, прерывистого или ступенчатого нагрева (охлаждения), охлаждения в область отрицательных температур и т. д. Такая термическая обработка может быть изображена в координатах температура - время.

Графиком температура - время может быть охарактеризован любой процесс термической обработки.