Компоненти і фази системи залізо – вуглець

Компонентами залізовуглецевих сплавівє два хімічні еле­менти — залізо та вуглець.

Залізо — сріблясто-білий метал з температурою плавлення 1539 °С і густиною 7,87-10³ кг/м³. Йому властива добра пластич­ність, невисока міцність і низька твердість.

Вуглець може перебувати в сплавах у цементиті Fе₃С, у твер­дих розчинах проникнення, а також у вигляді графіту.

До фаз системи залізо-вуглець належать: рідкий розчин Р, ферит Ф, аустеніт А і цементит Ц.

Рідкий розчин Р — однорідна рідина, що складається із заліза та вуглецю. Рідкий розчин існує як окрема фаза над лінією ліквідує, а між лініями ліквідус та солідус він перебуває у рівновазі з кристалічною фазою (феритом, аустенітом або це­ментитом).

Ферит Ф — твердий розчин проникнення вуглецю в α-залі­зі. Максимальна розчинність вуглецю у фериті становить 0,02 %. Така незначна розчин­ність пояснюється малими розмірами порожнин в об'ємноцентрованому кубі заліза проти розмірів атома вуглецю.

Аустеніт А — твердий розчин проникнення вуглецю в γ-залізі з максимальною розчинністю 2,14 % С. Атом вуглецю може перебувати в центрі ГЦК. Аустеніт не магнітний, досить пластичний і має твердість за Брінеллем в межах 170... 220.

Цементит Ц — хімічна сполука заліза з вуглецем Fе₃С,
яка відповідає концентрації вуглецю 6,67 %. Твердість цементиту дуже висока (800 НВ), його температура плавлення становить 1260 °С.

Перліт П – механічна суміш (евтектоїд) ферриту та цементиту, яка утворюється при евтектоїдному розпаді аустеніту (0,8% С).

Ледебурит Л (4,3% С) – механічна суміш (евтектика) аустеніту або перліту та цементиту. Нижче 727 ^оС аустеніт перетворюється у перліт, при цьому утворюється суміш перліту та цементиту.

Залізовуглецеві сплави зконцентрацією вуглецю до 2,14 % називають сталями. За структурою у рівноважному сталі розрізняють доевтектоїдні, евтектоїдні та заевтектоїдні сталі.

Доевтектоїдні сталі містять до 0,8 % вуглецю і мають феритно-перлітну структуру у вигляді світлих зерен фе­риту і темних зерен перліту.

Евтектоїдна сталь містить 0,8 % вуглецю, її структура - зерна перліту, що складаються здебільшого із пластинок цементиту та фериту. Пластинки цементиту порівняно тонші й світ­ліші.

Заевтектоїдні сталі містять від 0,8 до 2,14 % вуглецю. В структурі цих сталей є зерна перліту темного кольору і тонка світла мережа вторинного цементиту по границях зерен перліту.

Залізовуглецеві сплави з концентрацією вуглецю від 2,14 до 6,67 % називають чавунами. Якщо весь вуглець у чавунах пе­ребуває у вигляді хімічної сполуки Fe₃C, то такі чавуни назива­ють білими.

За структурою білі чавуни поділяються на:

– евтектичні (4,3 % С) з структурою - ледебурит;

– доевтектичні (2,14...4,3 % С), структура: перліт + вто­рин- ний цементит + ледебурит;

– заевтектичні (4,3…6,67 % С), структура: первинний це­ментит + ледебурит.

Вуглецеві сталі.

Вуглецеві сталі – це багатокомпонентні сплави заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, фосфором, сіркою та іншими компонентами.

Вуглецеві сталі класифікують за структурою, способом ви­робництва, ступенем дезоксидації, якістю та призначенням.

За способом виробництва розрізняють сталі, виплавлені в кисневих конвертерах, в електропечах і в мартенівських печах.

Залежно від ступеня дезоксидації сталі поділяють на спокійні, напівспокійні й киплячі.

За якістю розрізняють сталі звичайної якості, якісні та високоякісні. Критерієм якості сталей є масові частки шкідливих домішок — фосфору і сірки.

Відповідно до призначення сталі поділяють на конструкційні з масовою часткою вуглецю до 0,65 % та інструментальні з масовою часткою вуглецю в межах від 0,65 до 1,35 %. Конструкційні сталі використовують для виготовлення деталей машин, металевих конструкцій та будівельних споруд. З інструментальних сталей виробляють різальні, вимірювальні інструменти та штампи.