Диаграмма Fe-Fe3c

Диаграмма (рис. 5.1) представляет собой графическое изображение областей существования фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в зависимости от концентрации С или Fe-Fe₃C (ось абсцисс) и температуры (ось ординат).

Рис. 5.1.  Диаграмма состояния системы

Точка А (1539ºС) на диаграмме соответствует температуре плавления чистого железа, точка D (1250ºС) – цементита. В точке С (с концентрацией 4,3% C и температурой 1147ºС) плавится ледебурит первичный (эвтектика).

Линия ACD – линия ликвидус (выше ее, сплавы находятся в жидком состоянии (Ж)). При охлаждении она показывает температуру начала первичной кристаллизации: по линии AC из жидкого раствора начинает кристаллизоваться аустенит, по CD – цементит первичный (цементит, выделившийся из жидкого раствора, называется первичным, а цементит, образовавшийся из аустенита, – вторичным).

Линия AECF – линия солидус – характеризует конец кристаллизации. Ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

Прямая ECF называется линией эвтектического превращения; при температуре 1147°С из жидкого сплава образуется эвтектика .

Линия AE – конец кристаллизации аустенита. Точка E диаграммы показывает максимальную растворимость углерода (C =2,14%) в аустените при температуре 1147°С.

Точка G (911ºС) диаграммы соответствует температуре полиморфного превращения чистого железа. Линия GS – начало, линия GP – конец превращения аустенита в феррит.

В точке S (с концентрацией 0,8% углерода и температурой 727°С) протекает реакция распада аустенита, продуктом которой является эвтектоидная смесь (эвтектоид), называемая перлитом (П).

Прямая PSK называется линией эвтектоидного превращения.

Линия SE показывает температуры начала выделения вторичного цементита и является линией предельной растворимости углерода в аустените.

Все фазы и структурные составляющие сплавов данной системы указаны непосредственно в диаграмме.

Точка E (С = 2,14%) принята границей деления железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода, называют сталями, а более 2,14% углерода – чугунами.

Сталь с содержанием углерода 0,8% называется эвтектоидной, менее 0,8% С – доэвтектоидной, более 0,8% С – заэвтектоидной. Эвтектоидная сталь при t ≈20°С имеет одну структурную составляющую – перлит. Структура доэвтектовидных сталей состоит из феррита и перлита, а заэвтектоидных – из перлита и цементита вторичного.

Чугун с содержанием углерода 4,3% называется эвтектическим, менее 4,3% C – доэвтектическим, более 4,3% C – заэвтектическим.

Превращение в сплавах при охлаждении и нагреве

Для анализа процессов, происходящих в сплавах при охлаждении и нагреве используется диаграмма Fe-Fe₃C. На этой диаграмме через точку оси абсцисс с концентрацией углерода рассматриваемого сплава проводится вертикальная линия. Точки пересечения этой линии с линиями диаграммы отображают температуры, при которых в сплаве происходят структурные превращения. Такие точки называются критическими точками или критическими температурами.

На рис. 5.2 приведена левая часть диаграммы Fe-Fe₃C (а) и кривые охлаждения сталей (б).

Рис. 5.2. Левая часть диаграммы (а) и

кривые охлаждения сталей (б)

Превращения, происходящие в сталях при охлаждении из расплавленного состояния, приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Превращения, происходящие в сталях при охлаждении

из расплавленного состояния

Сплав	Крити-ческая точка	Превращения, происходящие в сталях при охлаждении
1 (с<0,8%)	1	Начало кристаллизации А
	2	Конец кристаллизации А. Сталь переходит в твердое состояние со структурой А
	3	Начало выделения кристаллов Ф из А
	4	Конец выделения Ф из А. Превращение А в П (эвтектоидное превращение). Сталь приобретает структуру Ф + П
II (С=0,8%)	1	Начало кристаллизации А
	2	Конец кристаллизации А. Сталь переходит в твердое состояние со структурой А
	3	Превращение А в П (эвтектоидное превращение). Сталь приобретает структуру П
III (С>0,8%)	1	Начало кристаллизации А
	2	Конец кристаллизации А. Сталь переходит в твердое состояние со структурой А
	3	Начало выделения Ц11 из А
	4	Конец выделения Ц11 из А. Превращение А в П (эвтектоидное превращение). Сталь приобретает структуру П + Ц11

На рис. 5.3 приведена правая часть диаграммы Fe-Fe₃C (в) и кривые охлаждения чугунов (г)

Рис. 5.3. Правая часть диаграммы (в) и

кривые охлаждения чугунов (г)

Структурные превращения в чугунах при охлаждении из жидкого состояния приведены в табл. 5.2. При нагреве в сплавах происходят обратные превращения.

Таблица 5.2

Превращения, происходящие в чугунах при охлаждении

из расплавленного состояния

Сплав	Крити-ческая точка	Превращения, происходящие в сталях при охлаждении
1 (С<4,3%)	1	Начало кристаллизации А.
	2	Конец кристаллизации А. Кристаллизация Л1 (эвтектическое превращение). Чугун переходит в твердое состояние со структурой А + Л1. Начало выделения Ц11 из А.
	3	Конец выделения Ц11 из А. Превращение А в П (эвтектоидное превращение). Превращение Л1 в Л11. Чугун приобретает структуру А + Ц11 + Л11.
II (С=4,3%)	1	Кристаллизация Л1 (эвтектическое превращение). Чугун переходит в твердое состояние со структурой Л1.
	2	Превращение Л1 в Л11. Чугун приобретает структуру Л11.
III (C>4,3%)	1	Начало кристаллизации Ц1.
	2	Конец кристаллизации Ц1. Кристаллизация Л1. Чугун переходит в твердое состояние со структурой Ц1 + Л1.
	3	Превращение Л1 в Л11. Чугун приобретает структуру Ц1 + Л11.