Контрольні запитання

1. Яка роль російської в тому числі і української науки в розвитку металознавства?

2. Якими властивостями наділене залізо і як воно використовується?

3. Що таке вуглець і де він використовується?

4. Що таке Fe₃C ?

5. Що таке графіт, яка його кристалічна решітка?

6. Що таке цементит і як по іншому його можна назвати?

7. Як визначається ферит? Яку він має решітку?

8. Що таке аустеніт? Яку він має кристалічну будову?

9. Що означає число 6,67%?

10. Що таке перліт?

11. Що таке ледебурит?

3.4 Діаграма стану залізо – вуглець (Навчальний елемент № 7)

Цілі

Засвоївши даний навчальний елемент, студент буде вміти визначати:

• діаграми стану залізовуглецевих сплавів;

• системи залізовуглецевих сплавів;

• лінії у координатах температура – концентрація компонентів;

• зміну структури при зниженні температури сплаву.

1. В діаграмі стану залізо – вуглець (цементит) розглядаються процеси кристалізації, що протікають в залізовуглецевих сплавах (сталі, чавуні) і перетворення в їх структурах, що отримані при повільному охолодженні від розплавленого стану до кімнатної температури.

2. М ожливі дві системи залізовуглецевих сплавів залізо і карбід заліза – система Fe – F₃C, у другій системі компонентами є залізо і графіт, система Fe – C. Діаграмою станів Fe – Fe₃C ми будемо користуватися при вивченні сталі і білих чавунів, тобто таких , в яких нема вільного вуглецю (графіту).

3. П о вертикалі відкладають температуру, по горизонталі концентрацію вуглецю від 0 до 6,67 %. Концентрація вуглецю 6,67% взята граничною тому, що така кількість його знаходиться в хімічній сполуці – цементит Fe₃C. Відзначити потрібно і ще й те, що сплави з концентрацією вуглецю більше 5%, не мають практичного застосування, оскільки при більшій концентрації вуглець в залізі виділяється у вигляді великих пластин графіту.

4. У координатах температура - концентрація компонентів нанесені лінії діаграми, на кожній з яких відбуваються певні структурні перетворення. На цій діаграмі лінія ABCD – це лінія ліквідус (likvidus), яка показує температури початку кристалізації і кінця плавлення сплавів.

5. Лінія AHJECF – це лінія солідус (solidus), що показує температури кінця кристалізації і початку плавлення сплавів.

6. Н а лівій верхній ділянці діаграми залізо – вуглець (в області перитектичного перетворення) на ділянці АВ лінії ліквідус рідкий розчин переходить у ферит, на ділянці ВС – в аустеніт. Кристалізація фериту закінчується на ділянці АН, а аустеніту – на ділянці JE лінії солідус.

7. У переважній більшості випадків ми з перитектичним перетворенням зустрічатися не будемо (сталь не нагрівають до цих температур при термічній обробці і при різних видах гарячої деформації). Тому іноді спрощують ліву верхню частину діаграми, вважаючи умовно, що при всіх концентраціях аустеніт виділяється безпосередньо із рідкого сплаву, тоді ця частина діаграми буде схожою з діаграмою другого типу.

8. Залізовуглецеві сплави з концентрацією вуглецю від 2,14 до 6,67% називаються чавунами. Особливості первинної кристалізації цих сплавів полягає в тому, що в них вона завершується евтектичним перетворенням при 1147 °С, коли рідина концентрації 4,3% перетворюється в дві тверді фази – аустеніт з концентрацією вуглецю 2,14% і цементит з концентрацією вуглецю 6,67%, тобто утворюється евтектика, яка має назву – ледебурит (ledeburit).

9. В результаті первинної кристалізації в усіх сплавах із вмістом вуглецю до 2,14% утворюється однофазна структура – аустеніт (austenit). Сплави заліза з вуглецем, в яких у результаті первинної кристалізації в рівноважних умовах одержується аустенітна (однофазна) структура, називають сталлю.

10. В затверділих сплавах при зниженні температури спостерігається подальша зміна їх структури, пов’язана з перекристалізацією в твердому стані. Із зниженням температури залізо переходить із одної модифікації в другу (з ГЦК в ОЦК). При охолодженні сплавів, що складаються з одного аустеніту, нижче лінії GS відбувається розпад аустеніту з виділенням з нього надлишкового фериту (ferit) з вмістом вуглецю не більше 0,025% (гранична розчинність вуглецю в ОЦК (точка Р).

11. Крім того при зниженні температури з аустеніту виділяються ферит і вторинний цементит. В точці S з вмістом вуглецю 0,8%, при 727⁰ аустеніт розпадається, утворюючи рівномірну суміш фериту з цементитом – перліт (mother-of-peast). Така сталь називається евтектоїдною. Сталь, в якій вміст вуглецю менше 0,8%, називають доевтектоїдною, а більше 0,8% - заевтектоїдною. Розпад аустеніту в доевтектоїдній сталі проходить по лінії GS, з виділенням фериту. В заевтектоїдній сталі початок розпаду аустеніту проходить по лінії SE з виділенням вторинного цементиту.

12. Таким чином, при кімнатній температурі доевтектоїдні сплави в області 1 складаються із фериту, в області 11 – із фериту і третинного цементиту, а в області 111 – із фериту і перліту. Евтектоїдна сталь – перліт. Заевтектоїдні сплави ( 0,83 – 2,14% С) в області 1V складаються із перліту і цементиту вторинного. Сплави, які вміщують від 2,14 до 4,3% С, (область V) складаються із перліту, вторинного цементиту і ледебуриту. Сплави, відповідно до евтектичної точки С, мають структуру одного ледебуриту. Сплави, вмістом вулицю 4,3 – 6,7% (область V1) складаються з первинного цементиту і ледебуриту.

13. Змінна структура сталі у процесі вторинної кристалізації (ліва нижня частина діаграми), коли розпадається аустеніт на механічну суміш, що складається із фериту і цементиту.