6. Компоненты и фазы в системе железо-углерод.

Сталь – сплав железа с содержанием углерода до 2,14%, чугуны – сплавы железа с углерода от 2,14% до 6,67%.

Компоненты и фазы в системе Fe-C:

1. Fe – металл, Т_плав = 1539 С. Имеет 2 полиморфные модификации: ->

2. С. Плотность – 2,5 грамм на сантиметр кубический. В природе в двух модификациях – алмаз и графит.

В системе Fe-C есть фазы: феррит, аустенит, цементит, графит, жидкая фаза.

Феррит – это твёрдый раствор внедрения (обозначается Ф или α) – твёрдый раствор внедрения в . Предельная растворимость при комнатной температуре составляет 0,006%. При температуре 727 - 0,025%. Высокотемпературная δ-фаза – твёрдый раствор, содержащий максимум C = 0,1%. Феррит обладает не большой твёрдостью. (по Бринеллю – 80-100 НВ). И обладает высокой пластичностью δ=50%.

Аустенит обозначается А на диаграммах или γ или . Твёрдый раствор внедрения в γ-железе, т.е. в решётке ГЦК. Предельная растворимость С в аусцените: 2,14%.

Цементит. Обозначается . Очень твёрдая фаза. Имеет ромбоэдрическую решётку. Максимальное содержание – 6,67% (С). Соединение не устойчивое и при определённых условиях распадается с образованием свободного С в виде графите. Графит имеет гексагональную решётку.

Диаграмма состояния системы Fe-C

- саму диаграмму см на другом листе –

Обозначения точек	Α	Η	J	B	N	D	E
Температура в С	1539	1499	-	-	1399	1260	1147
Концентрация углерода	0	0,1	0,16	0,51	0	0,67	2,14
	C	F	G	P	S	K	Q
	-	-	911	727	-	-	комн
	4,3	6,67	0	0,25	0,8	6,67	0,006

К диаграмме применяется 2 шкалы – содержание углерода и цементита. Линия ABCD – линия начала кристаллизации сплава, линия AHEBCD – линия окончания кристаллизации (первичной). Остальные линии характеризуют превращение в твёрдом состоянии (вторичная кристаллизация). Линия ΗΙΒ – линия перитектического превращения. Линия ECF – линия эвтектического превращения. Линия PSK – линия эвтектоидного превращения.

Ц ементит, который кристаллизуется из жидкости, называется цементит первичный. На диаграмме 2 линии – ES и PQ показывают изменение растворимости углерода соответственно в аустените и феррите. В соответствии с этим происходит выделение цементита при охлаждении. Цементит, выделившийся из аустенита, называется вторичным, а из феррита – третичным.

7. Диаграмма Fе – Fе3с. Основные области и линии

В железоуглеродистых сплавах в свободном виде С находится в виде графита. Кристаллические структуры аустенита и цементита в связанном состоянии близки. Аустенита и графита – различны. По составу аустенит и цементит ближе друг к другу, чем аустенит и графит. Аустенита – 2,14%, Цементит 6,67%, Графит – 100%. Следовательно, образование цементита более выгодно, чем графита, но термодинамически цементит менее устойчив, графит более устойчив. Следовательно термодинамические факторы способствуют образованию графита. В диаграмме Железо – Графит эвтектическое превращение происходит при температуре 1153 градуса. Состав эвтектики 4,26%С. Реакция для образования: Точка Ε’ соответствует аустениту 2.11. В интервале температур 1147-1153 образование из жидкости цементита не осуществимо термодинамически, происходит образование аустенито-графитной смеси, т.е. при 1153: , а при 738: , при 738+: П+Гр. Содержание С в аустените от 2,11% до 0,7% минимум. Линия E’S’ показывает изменение растворимости углерода в аустените и С будет выделятся в виде графита. Образование графита из жидкости или аустенита – медленный процесс, так как работа образования зародыша графита велика и требуется значительная диффузия С для образования кристаллов графита. Поэтому сплавы, которые являются железографитными кристаллизуются при медленном охлаждении и обязательно при наличии графитизирующих добавок (кремний, никель, которые являются дополнительными центрами кристаллизации графита). В зависимости от условий кристаллизации образуется графит различной формы. Чугунные сплавы литейны, т.е. обладают высокими литейными свойствами: усадка, склонность к образованию пор, трещин, жидкотекучести. Но чугуны обладают недостаточной пластичность т.к. у них небольшой интервал кристаллизации.