1.2 Структурные составляющие и фазы диаграммы
Железо – элемент VIII группы периодической системы. Температура плавления 1539 ºС. Железо имеет две аллотропические модификации: α и γ. Модификация Feα существует в двух интервалах температур: до 911 ºС и от 1392 до 1539 ºС и имеет ОЦК-решётку. Важной особенностью Feα является его ферромагнетизм ниже температуры 768 ºС, называемой точкой Кюри.
Углерод – элемент IV группы периодической системы и существует в двух модификациях: графит и алмаз. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз, что используют при получении синтетических алмазов.
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.
Феррит – твёрдый раствор внедрения углерода в α-железо. Он имеет ОЦК-решётку, растворимость углерода в которой мала. Различают низкотемпературный α-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный δ-феррит с растворимостью углерода 0,1 %. Мягкая пластичная фаза, имеет следующие механические свойства: σв = 30 кгс/мм2, δ = 40 %, ψ = 70 %, 70-80 HB.
Аустенит – твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железо. Он имеет ГЦК-решётку, растворимость углерода в железе достигает 2,14 % при 1147ºС. При 727ºС распадается с образованием эвтектоидной феррито-цементитной – перлита. Аустенит пластичен, твёрдость 160-200 HB, парамагнитен.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом (Fe3C). Он содержит 6,67 % углерода и имеет сложную ромбическую решётку. При нормальных условиях цементит твёрд (800НВ) и хрупок. Первичный цементит кристаллизуется из жидкости. Вторичный выделяется из аустенита при понижении температуры от 1147ºС до 727ºС. Третичный цементит выделяется из феррита при температуре ниже 727ºС. Температура плавления цементита точно не определена и принимается равной 1600 ºС.
Графит – углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Он имеет гексагональную кристаллическую решётку. Графит электропроводен, химически стоек, мало прочен, мягок, 3НВ.
Ледебурит – эвтектический сплав, имеет сотовое или пластичное строение. При медленном охлаждении образуется сотовый ледебурит. Пластичный ледебурит состоит из тонких пластин цементита, разделённых аустенитом, и образующихся при быстром охлаждении.
Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита, содержание углерода в котором постоянно и равно 0,8 % углерода. НВ 150 – 250.
Превращения и кривая охлаждения в интервале температур от 1600 до 600 ˚С (с применением правила фаз) для сплава с содержанием углерода С=5,5%.
Для того чтобы построить кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 600 ºС для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=5,5%, на диаграмме состояния железо-углерод проведём вертикальную прямую соответствующую С=5,5% и обозначим на ней основные точки. Перенесём эти точки на диаграмму зависимости температуры от времени и, применяя правило фаз, построим кривую охлаждения.
Правило фаз:
С = К – Ф + 1
(С – степень свободы, число внешних факторов; К – число компонентов; Ф – число фаз в данной области).
К = 2 (Fe и С)
т.1 С=2-2+1=1≠0, ликвидус
т.2 С=2-3+1=0, солидус; эвтектическое превращение
т.3 С=2-3+1=0
