3. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
Каждая точка диаграммы состояния системы железо-цементит характеризует определённый состав сплава при соответствующей температуре (табл.2).
Превращения в сплавах системы Fe–Fe3С происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, ограниченных линией ликвидуса (ABCD) и солидуса (AHJECF) (рис.1).
Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита высокотемпературного, на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.
Линия AHJECF – солидус, ниже температур, соответствующих этой линии, система находится в твердом состоянии.
Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа из одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в
Таблица 1
Фазы системы железо-углерод
Фаза |
Характеристика |
Структура |
Жидкая фаза |
В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы. |
- |
Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в железо с решеткой ОЦК. |
Феррит имеет переменную растворимость углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре, максимальную – 0,02 % при температуре 727oС (точка P рис.1). Углерод располагается в дефектах решетки. При температуре выше 1392oС существует высокотемпературный феррит Фδ с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499oС (точка J рис.1). Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок и пластичен, магнитен до 768o С. |
|
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в железо с решеткой ГЦК. |
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8% при 7270С, максимальную – 2,14% при 11470С. Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен, парамагнитен. |
|
Цементит |
Характеристика представлена выше. |
|
Таблица 2
Характерные точки диаграммы состояния Fe - Fe3C
Обозначение точки |
Температура, °С |
Концентрация углерода, % |
Определение точки |
А |
1539 |
0 |
Температура плавления железа |
B |
1499 |
0,51 |
Состав жидкой фазы при перитектической реакции |
C |
1147 |
4,3 |
Состав эвтектики ледебурита |
H |
1499 |
0,1 |
Состав феррита при перитектической реакции |
J |
1499 |
0,16 |
Состав аустенита при перитектической реакции |
N |
1392 |
0 |
Полиморфное превращение Feα ↔ Feγ |
E |
1147 |
2,14 |
Предельная растворимость углерода в Feγ |
D |
1260 |
6,67 |
Температура плавления цементита в Fe3C |
G |
911 |
0 |
Полиморфное превращение Feγ ↔ Feα |
P |
727 |
0,025 |
Предельная растворимость углерода в Feα |
S |
727 |
0,8 |
Состав эвтектоида - перлита |
Q |
20 |
0,006 |
Минимальная растворимость углерода в Feα |
Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии ES и PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените и феррите, соответственно. Выделяющийся из жидкости цементит называют первичным, из аустенита – вторичным, из феррита – третичным. Соответственно на диаграмме состояния CD – линия первичного цементита, ES – линия вторичного цементита; PQ – линия третичного цементита. Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений.
Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен. Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.