Діаграма стану залізо- вуглець

Діаграма показує фазовий склад та структуру сплавів з концентрацією від чистого заліза до цементита 6,67% С.

Вона будується в координатах: горизонтальна вісь – концентрація вуглецю, вертикальна вісь – температура.

Компоненти залізо та вуглець утворюють два типа діаграм: перша – залізо – цементит, а друга – залізо – графіт.

Система залізо – цементит метастабільна. Утворення цементиту замість графіту дає менший виграш вільної енергії, але кінетичне утворення карбіду заліза більш імовірно.

Система залізо – графіт стабільна. Вона характерна для сплавів, в яких вуглець знаходиться в вільному стані у вигляді графіту.

Діаграма стану Fe-Fe₃C.

0,8 2,14 4,3 6,67

Лінії та точки діаграми.

Лінії діаграми

Лінія АВСД – лінія ліквідусу

На лінії АВ з рідини випадають кристали -фериту. На лінії ВС з рідини випадають кристали аустеніту , а на лінії СД – первинного цементиту.

Лінія АНJECF – лінія солідусу.

На лінії АН закінчується кристалізація -фериту і нижче її сплави знаходяться в твердому стані із структурою -фериту. Лінія HJB – лінія перитектичного перетворення при температурі 1499ºС.

Лінія ECF – лінія евтектичного перетворення.

Лінія NH – верхня межа існування двох фаз: -фериту та аустеніту, а лінія NJ – нижняя межа, яка відповідає температурам закінчення перетворення -фериту в аустеніт.

Лінія GS – верхня межа існування -фериту та аустеніту, а GP – нижняя межа.

Лінія ES – лінія гранічної розчинності вуглецю в -залізі, початок виділення Ц_II.

Лінія PQ – лінія гранічної розчинності вуглецю в -залізі, початок виділення Ц_III.

Лінія PSK – лінія евтектоїдного перетворення аустеніту.

Точки діаграми.

Названня точки

Температура ºС

Концентрація %С

A	1539	0
B	1499	0.51
H	1499	0.1
J	1499	0.16
N	1392	0
E	1147	2.14
C	1147	4.3
F	1147	6.67
D	1600	6.67
G	911	0
P	727	0.02
S	727	0.8
K	727	6.67
Q	20	0.006

Кристалізація сплавів

Сплави заліза з вуглецем , які містять від 0,02%С до 2,14%С, називаються сталями.

Сплави заліза з вуглецем, які містять від 2,14%С до 6,67%С, називаються чавунами.

В цих сплавах при охолодженні проходить первинна та вторинна кристалізація.

Для первинної кристалізації сталей, які містять від 0,1%С до 0,51%С характерно перитектичне перетворення при температурі 1499˚. Його суть полягає в тому, що в нова фаза – твердий розчин - утворюється в результаті реакції між рідиною максимальної концентрації та наявним твердим розчином певної концентрації:

Ж.С._(в) + Ф _(н) = А _(J)

В сталях з концентрацією більше 0,51%С перитектичне перетворення не відбувається і аустеніт випадає безпосередньо із рідини.

Таким чином, первинна кристалізація сталей закінчується утворенням аустеніту.

Для первинної кристалізації чавунів характерно евтектичне перетворення, в результаті якого утворюється механічна суміш аустеніту та цементиту первинного, яка зветься ледебуритом.

Вторинна кристалізація сталей та чавунів характеризується проходженням евтектоїдного перетворення аустеніту в механічну суміш фериту та цементиту вторинного, яка зветься перлітом. Для його проходження в сплавах з високим складом вуглецю спочатку зменшується кількість вуглецю в аустеніті шляхом виділення цементиту вторинного. Особливість евтектоїдного перетворення в тому, що аустеніт перетворюється не тільки в вільному стані, а і в складі ледебуриту. Фазовий склад всіх залізовуглецевих сплавів після вторинної кристалізації – ферит та цементит.