22. Диаграмма состояния «железо —

цементит»

Диаграмма (см. рисунок) показывает фазовый со-

став и структуру сплавов с концентрацией от чисто-

го железа до цементита (6,67%). Сплавы с содержа-

нием углерода 2,14% называют сталью, а от 2,14 до

6,67% — чугуном.

Первичная кристаллизация, т.е. затвердевание

жидкого сплава, начинается при температурах, соот-

ветствующих линии ликвидуса. Точка А на этой диа-

грамме соответствует температуре плавления

1539°С (затвердевания) железа, точка D — темпера-

тура плавления (затвердения) ~ 1600°С цементита.

Линия солидуса AEСF соответствует температу-

рам конца затвердевания. При температурах, соот-

ветствующих линии АС, из жидкого сплава кристал-

лизуется аустенит, а линии CD — цементит, называемый

первичным цементитом.

В точке С при 1147°С и содержании углерода 4,3%

из жидкого сплава одновременно кристаллизуются

аустенит (А) и цементит (Ц) (первичный): образуя эв-

тектику — ледебурит (Л).

При температурах, соответствующих линии соли-

дуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14%

окончательно затвердевают с образованием аустени-

та. На линии солидуса ECF сплавы с содержанием

углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердева-

ют с образованием эвтектики (ледебурита) и струк-

тур, образовавшихся ранее из жидкого сплава,

а именно: в интервале 2,14—4,3%, С — аустенита, а в

интервале 4,3—6,67% С — цементита первичного.

В результате первичной кристаллизации во всех

сплавах с содержанием углерода до 2,14% (т.е. в ста-

лях) образуется однофазная структура — аустенит.

В сплавах с содержанием углерода более 2,14% (т.е.

в чугунах) при первичной кристаллизации образуется

эвтектика ледебурита.

Вторичная кристаллизация (превращение в твер-

дом состоянии) происходит при температурах, соот-

ветствующих линиям GSE, PSK и GPQ. Превращения в

твердом состоянии

происходят вследствие перехода

железа из одной аллотропической модификации в

другую (в ) и в связи с изменением растворимости

углерода в аустените и феррите. С понижением тем-

пературы растворимость уменьшается. Избыток уг-

лерода выделяется из твердых растворов в виде це-

ментита. В области диаграммы AGSE находится аус-

тенит.

23. Диаграмма состояния «железо —

графит»

Систему «железо — цементит» называют метаста-

бильной, т.е. неустойчивой, так как при определен-

ных условиях цементит распадается на аустенит и

свободный углерод в виде графита. При очень мед-

ленном охлаждении из расплава в процессе кристал-

лизации углерод выделяется в виде графита. Систе-

му «железо — графит» называют стабильной.

Процесс кристаллизации графита в сплавах железа

с углеродом называют графитизацией. Она может

происходить и в твердом состоянии, поскольку це-

ментит при высоких температурах неустойчив. В этом

случае графитизация происходит в несколько накла-

дывающихся стадий:

1) распад цементита и растворение атомов углеро-

да в аустените; 2) образование центров графитиза-

ции в аустените; 3) диффузия атомов углерода в аус-

тените к центрам графитизации; 4) рост выделений

графита.

На рисунке показана совмещенная диаграмма:

сплошными линиями изображена метастабильная

____________диаграмма «железо — цементит», штриховыми ли-

ниями — стабильная диаграмма. По диаграмме

«железо — цементит» в области чугунов получают бе-

лые чугуны, а по диаграмме «железо — графит» —

серые чугуны.

На диаграмме «железо — графит» горизонтальные

линии E ′C ′F ′и P ′S ′K ′лежат несколько выше, а на-

клонные линии C ′D ′и E ′S ′— несколько левее соот-

ветствующих линий диаграммы «железо — цементит».

На диаграмме «железо — графит» линия AC ′D ′— ли-

ния ликвидуса. При охлаждении расплава по ветви

АС выделяется аустенит, а по ветви C ′D ′— графит

(первичный).

На линии солидуса E ′C ′F ′при температуре

1153°С образуется эвтектика, состоящая из графита

и аустенита. Ее называют графитной эвтектикой. При

понижении температуры в системе «железо — гра-

фит» из аустенита будет выделяться графит, который

называют вторичным. На линии P ′S ′K ′при темпера-

туре 738°С аустенит, содержащий 0,7% углерода

(точка S ′), распадается, образуя эвтектоид, состоя-

щий из феррита и графита. Этот эвтектоид называют

графитным. После полного охлаждения структура

состоит из феррита и графита (эвтектического, вто-

ричного и эвтектоидного).