Фазами в сплавах заліза з вуглецем є : рідкий розчин, тверді розчини ферит і аустеніт, а також цементит і графіт

Ферит (Ф) - твердий розчин впровадження вуглецю в a-залізі. Має ОЦК-гратку, розчинність вуглецю в якій мала. Розрізняють низькотемпературний a-ферит, з розчинністю С до 0,02% і високотемпературний d-ферит, з питомою розчинністю С до 0,1%. Атом вуглецю розташовується в гратці фериту в центрі грані куба, а також у вакансіях, на дислокаціях. Це м’яка, пластична фаза. Нелегований ферит має такі механічні властивості: s_в=-2530 кгс/мм²; d=50%; Y=80%; a_н=25кгс/см²; НВ=8090 кгс/мм².

Ферит є магнітним і пластичним, має зернисту будову. Під мікроскопом виявляється у вигляді світлих поліедричних зерен. Аустеніт(А) - твердий розчин впровадження вуглецю в g-залізі. Має ГЦК-гратку. Питома розчинність вуглецю в g- залізі - 2,14% (при Т=1147^оС). Аустеніт не має магнітних властивостей, твердість аустеніту НВ=100220 кгс/мм².

Цементит (Ц) (карбід заліза) - хімічна сполука заліза з вуглецем (Fe₃C). В цементиті 6,67% вуглецю - інше залізо. Має складну ромбічну гратку з щільним упакуванням атомів. Цементит твердий (НВ=800 кгс/мм²), НRС 70 і крихкий. Т_пл.=1550°С. До температури 210°С цементит феромагнітний. Цементит метастабільна фаза. В умовах рівноваги в сплавах з високим вмістом вуглецю утворюється графіт.

Графіт - вуглець у вільному стані. Графіт має гексагональну шарову кристалічну гратку (а =1,42Å, с=3,40Å). Графіт є електропровідний, хімічно стійкий, маломіцний, м’який (НВ=3кгс/мм²). Структурні складові - ледебурит і перліт - не однорідні і являють собою механічні суміші (евтектика та евтектоїд).

Ледебурит - евтектична суміш аустеніту і цементиту. Утворюється в процесі первинної кристалізації при Т=1147°С, мінімальній температурі кристалізації для сплавів Fe-C. Ледебурит містить 4,3% С. При температурі нижче 727°С складається з перліту і цементиту, НВ=700 кгс/мм².

Перліт - (евтектоїд) - механічна суміш фериту й цементиту. Перліт містить 0,8% С, утворюється при температурі 727°С в процесі розпаду аустеніту:

Feg(C) → Feα(C) + Fe3C

↑ ↑ ↑

аустеніт ферит цементит

В залежності від форми частинок цементиту розрізняють перліт пластинчастий і зернистий.

Лінія АВСД – лінія ліквідус. Вище лінії ліквідус сплави знаходяться в рідкому стані та утворюють одну фазу - рідкий розчин. Лінія АНIECF - солідус: вище цієї лінії сплави існують у двохфазному твердо-рідкому стані, поряд з рідким розчином в них присутній аустеніт (область ІІ) або первинний цементит (область III). У сплавах із вмістом вуглецю менше 2,14% після первинної кристалізації утворюється тільки одна фаза - твердий розчин впровадження вуглецю в γ-Fe - аустеніт (область ІV). На лінії ECF, яка відповідає сталий температурі 1147^оС із сплаву вмістом 4,3% С, будуть виділятися одночасно аустеніт і цементит, утворюючи евтектику (ледебурит). Після первинної кристалізації в сплавах із вмістом С > 2% утвориться евтектична суміш ледебуриту з надлишковим аустенітом (область VII) або надлишковим первинним цементитом (область ХII). При подальшому охолодженні в області 7 з аустеніту виділяється цементит вторинний.

У сплавах зі вмістом С< 0,5% при високих температурах, коли залізо існує у вигляді Fe_δ, процес первинної кристалізації протікає з перитектичним перетворенням. Залізо при температурах, які лежать між точками А(плавлення) і відповідною точкою А₄,існує у вигляді Fe_δ. В області АHN існує одна фаза - твердий розчин вуглецю в Fe_δ. Розчинність вуглецю в Fe_δ невелика і складає 0,1% при температурі 1499°С (точка Н).

Діаграма стану залізо-цементит

Виділення δ - твердого розчину з рідкого відбувається по лінії АВ в області АНВ. Існують дві фази: рідкий розчин і твердий розчин. При температурі, що відповідає горизонтальній лінії НIВ(1499^оС), у сплавах з концентрацією вуглецю від 0,1 до 0,5% протікають перитектичні перетворення, коли розплав, реагуючи з δ-твердим розчином, утворює γ-твердий розчин, в області NНI існують обидва твердих розчини – δ і γ. Через те, що перитектичні перетворення протікають у сплавах Fe-Fe₃C при високих температурах і у малому інтервалі концентрації вуглецю, практичного значення вони не мають.

Дата добавления: 2014-01-07