ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

 

Более полную систему железоуглеродистых сплавов и процессов формирования структур сталей и чугунов в наглядной форме пред­ставляют на диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов. В частности, наглядно видно, как изменяется растворимость цемен­тита в железе в зависимости от температуры.

На диаграмме (рис. 19.7) даны фазовый состав сплавов и их структура в интервале по составу от чистого железа до цементита (6,67% С). На оси абсцисс показано содержание углерода (С) в про­центах по массе, на параллельной ей линии — содержание цементи­та, на оси ординат — температура.

Точка А на диаграмме отмечает температуру плавления чистого железа (1539°С), а точка D — цементита (1500°С). Линия ABCD яв­ляется линией ликвидуса, a AHIECF — линией солидуса. Выше ли­нии солидуса существует жидкий сплав (Ж) — жидкий раствор угле­рода в железе.

При охлаждении жидких сплавов сначала происходит кристал­лизация, а затем после отвердевания — фазовые структурные пре­вращения вследствие полиморфизма железа и изменения раствори­мости углерода в аустените и феррите. Все эти изменения наблюдаются на диаграмме железо — углерод, причем эту сложную диаграмму при ее изучении разделяют на части, рассматривая каж­дую из них как двухкомпонентную диаграмму.

 

Рис. 19.7. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

 

По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы разделя­ют на стали, содержащие до 2,14% углерода, и чугуны с содержани­ем углерода более 2,14%. Принятая граница между сталями и чугу-нами соответствует наибольшей растворимости углерода в аустените.

Стали по содержанию углерода разделяют на доэвтектоидные, эвтёктоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидными называют стали, содержащие 0,02—0,8% угле­рода. Весьма малоуглеродистые сплавы, содержащие до 0,02% (на диаграмме точка Р), называют техническим железом.

Кристаллизация доэвтектоидных сталей происходит между ли­ниями ABC и АШЕ, и в этом интервале они состоят из жидкой фазы и феррита или аустенита. После окончания кристаллизации доэв­тектоидные стали состоят из аустенита, не изменяющегося при ох­лаждении вплоть до линии GOS, именуемой линией верхних крити­ческих точек и обозначаемой через A c₁. При дальнейшем охлаждении сталей образуются зерна феррита, а количество аусте­нита уменьшается.

На линии PSK при температуре 727°С происходит эвтектоидное (перлитное) превращение аустенита (точка S). Последний распада­ется, выделяя феррит и цементит, которые образуют эвтектоидную мельчайшую смесь — перлит, содержащий 0,8% углерода. Линия PSK называется линией нижних критических точек или линией пер­литных превращений и обозначается через Ас\.

Структура перлита состоит из пластинок феррита и цементита, а на микрошлифе имеет вид перламутра (отсюда название перлита). После полного охлаждения доэвтектоидные стали состоят из ферри­та и перлита. С увеличением содержания углерода в стали снижает­ся количество феррита, но возрастает содержание перлита.

Заэвтектоидными называют стали, содержащие 0,8—2,14% угле­рода. При температурах выше линии SE находится в стали только аустенит. С охлаждением эта структурная составляющая стали ста­новится насыщенной углеродом и из нее выделяется вторичный це­ментит (ниже линии SE). От температуры 727°С и ниже заэвтектоид­ные стали состоят из перлита и вторичного цементита.

Чугуны по содержанию углерода разделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.

Доэвтектическими называют чугуны, содержащие 2,14—4,3% уг­лерода. На диаграмме они располагаются в области между линиями ВС и ЕС; состоят из двух фаз — жидкости и кристаллов аустенита. При температуре эвтектики, равной 1147°С, оставшийся жидкий сплав кристаллизуется с превращением в эвтектику — ледебурит, которая в момент образования состоит из аустенита и цементита. Доэвтектические чугуны между линиями ЕС (1147°С) и PSK (727°С) состоят из аустенита, цементита и ледебурита. При температуре ниже 727°С аустенит превращается в перлит, а доэвтектические чу-гуны содержат перлит, цементит и ледебурит. С увеличением коли­чества углерода в чугунах уменьшается содержание перлита и увели­чивается — ледебурита.

Эвтектическим называют чугун при содержании углерода в ко­личестве 4,3% (точка С); он кристаллизуется при постоянной темпе­ратуре 1147°С с образованием эвтектики — ледебурита. Эвтектиче­ский чугун и при обычной температуре состоит из ледебурита.

Заэвтектияескими называют чугуны с содержанием углерода 4,3—6,67%. Они кристаллизуются по диаграмме состояния сплавов между линиями CD и CF с образованием в жидком сплаве кристал­лов первичного цементита. При дальнейшем охлаждении оставшая­ся жидкость затвердевает, образуя эвтектику — ледебурит. Заэвтек-тические чугуны после отвердевания состоят из цементита и ледебурита. При температуре 727°С входящий в ледебурит аустенит распадается с образованием перлита; при дальнейшем снижении температуры заэвтектические чугуны состоят из цементита (в виде пластин) и ледебурита. С увеличением количества углерода возрас­тает и содержание цементита.