Лекція №18 : Діаграми стану залізо – цементит. Фази у системі

План

3. Дві системи залізовуглецевих сплавів

4. Цементит

5. Ферит

6. Аустеніт

Діаграма стану «залізо-цементит» наведено фазовий склад і структура сплавів з концентрацією вуглецю від 0 до 6,67%.

Область перитектичного перетворення в районі температури плавлення чистого заліза умовно не показана.

Лінія АСD - лінія ліквідус, лінія початку кристалізації сплавів. Вище цієї лінії всі сплави знаходяться в рідкому стані.

Лінія АECF - лінія солидус, лінія кінця кристалізації сплавів. Нижче цієї лінії всі сплави знаходяться у твердому стані.

Лінії АС і DС показують температури початку кристалізації аустеніту (АС) і первинного цементиту (DС). При виділення з рідкої фази кристалів аустеніту складу рідкої фази буде збагачуватися вуглецем і по мірі зниження температури змінюватися по лінії АС. Склад твердої фази (аустеніту) при цьому буде збагачуватися вуглецем і змінюватися по лінії АЕ. При виділення з рідкої фази кристалів первинного цементиту складу її збіднюватиметься вуглецем і з пониженням температури змінюватися по лінії DС. Склад твердої фази (цементиту) залишається постійним. Кількість вуглецю в цементите - 6,67%.

При досягненні температури 1147°С склад рідкої фази для будь-якого сплаву, розташованого між концентраціями від точки Е (2,14% С) до точки F (6,67% С), що буде відповідати точці З (4,3% С). При цій температурі частина рідкої фази даного складу кристалізується при постійній температурі з утворенням евтектичній механічної суміші, що містить ту ж кількість вуглецю, що і рідина, тобто 4,3%. Ця евтектика називається ледебуритом. Вона складається з аустеніту складу точки Е (2,14% С) і цементиту складу точки F (6,67% С) Ж.ФС «ЛС(АЕ + Fe3C). Лінія ЕСF позначає постійну температуру утворення евтектики ледебуриту і температуру кінця кристалізації сплавів, що містять вуглецю більше 2,14%. Ця лінія називається лінією евтектичного перетворення. Структура сплаву, що містить 4,3% вуглецю, буде складатися тільки з ледебуриту. У сплавах, розташованих лівіше точки С, в надлишку буде знаходитися аустеніт і структура їх після затвердіння буде складатися з первинних кристалів аустеніту і ледебуриту; для сплавів, розташованих правіше точки С в надлишку буде знаходитися цементит, тому структура цих сплавів після затвердіння складається з первинних кристалів цементиту і ледебуриту.

Сплави, розташовані лівіше точки Е, після закінчення процесу кристалізації (область АESG) мають структуру аустеніту.

При подальшому охолодженні затверділих залізовуглецевих сплавів нижче лінії АECF (лінія солидус) відбуваються процеси, пов'язані зі зміною розчинності вуглецю в залізі a і g, а також процеси, які обумовлюються поліморфним перетворенням заліза.

Лінія GS показує температуру початку перетворення аустеніту в ферит. У сплавах, що знаходяться лівіше від точки S, при зниженні температури нижче лінії GS з аустеніту будуть виділятися кристали фериту.

Лінія ЕS являє собою лінію зміни граничної розчинності вуглецю в аустените в залежності від температури. При охолодженні нижче цієї лінії відбувається виділення з аустеніту вторинного цементиту, а при нагріванні на цій лінії закінчується розпад вторинного цементиту і розчинення вуглецю в аустените. Склад аустеніту при зниженні температури буде весь час змінюватися: у сплавах, що знаходяться лівіше від точки S, - збагачуватися вуглецем і змінюватися по лінії GS; в сплавах, що знаходяться правіше точки S, - обедняться вуглецем і змінюватися по лінії ES.

Вуглець — неметалевий елемент, атомний номер 6, густина 2500 кг/м3, температура плавлення 3500 °С. Вуглець поліморфний. У звичайних умовах він є модифікацією графіту, але може існувати і як метастабільна модифікація алмазу. Вуглець розчиняється в залізі в рідкому і твердому станах, а також може знаходитись у вигляді хімічної сполуки (цементиту), а у високовугле-цевих сплавах у формі графіту.

Компонентами системи Fe - Fe₃C є залізо і цементит. Фази: рідкий сплав, ферит, аустеніт і цементит.

Рідкий сплав існує вище лінії ліквідусу. Залізо добре розчиняє вуглець і утворює однорідну рідку фазу, в твердому стані — ферит, аустеніт, цементит.

Ферит — твердий розчин вуглецю в а-залізі. Розрізняють низько­температурний -ферит з розчинністю 0,02% і високотемпературний 5-ферит з межовою розчинністю 0,1 %. Ферит м'який НВ 80-100, пластичний, має чітко виражені магнітні властивості, добре проводить тепло та електрику, решітка фериту кубічна, об'ємоцентрована.

Аустеніт — твердий розчин вуглецю в -залізі, має кубічну гранецентровану решітку. Межова розчинність вуглецю в -залізі 2,14%. Аустеніт м'який (НВ 200), магнітних властивостей не має.

Цементит — хімічна сполука заліза з вуглецем — карбід заліза Fe₃C із вмістом вуглецю 6,67 %. Цементит дуже твердий і крихкий НВ 800, магнітні властивості виражені слабко, погано проводить електричний струм і теплоту, кристалічна решітка складна. Температура плавлення цементиту точно не встановлена у зв'язку з можливістю його розпаду.

Питання для самоконтролю

1. Що називається цементитом?

2. Що називається феритом?

3. Що називається аустенітом?

4. Скільки вуглеця знаходить ся в цементиті?

5. Яка розчиність вуглеця в фериті при температурі 727⁰С?

6. Яка розчиність вуглеця в фериті при температурі 20⁰С?

7. Яка максимальна розчиність вуглеця в аустеніті?

8. Яка твердість цементита, ферита, аустенита?

9. Яка пластичність цементита, ферита, аустенита?

Дата добавления: 2015-06-25