1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
Диаграммы состояния строятся в координатах «концентрация – температура» и дают наглядное представление о фазовом составе сплавов; структурных превращениях, происходящих при нагреве и охлаждении; используются для выбора температуры при термической обработке и т. п. Для анализа превращений, происходящих в сталях и чугунах, важнейшее значение имеет диаграмма состояния железо – цементит (рис. 1.21).
Рис. 1.21. Диаграмма состояния железо – цементит
Линия АВСД называется линией ликвидуса (от англ. «жидкий»); она обозначает границу существования жидкой фазы; ниже ее начинается кристаллизация. Точка с минимальной температурой кристаллизации (плавления), соответствующая 4,3% С, называется эвтектикой (от лат. «легкоплавкий»), ей соответствует структура ледебурита. Аналогичная точка 0,81% С, где превращение происходит в твердом виде, называется эвтектоид, ей соответствует структура перлита.
АЕСFD – линия солидуса (от англ. «твердый»); на этой линии кристаллизация заканчивается, и ниже ее все фазы становятся твердыми.
Таблица 1.2
Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
Структурная составляющая |
σв, МПа |
σт, МПа |
, % |
, % |
НВ, МПа |
KCU, МДж/м2 |
Феррит |
250–300 |
120 |
40–50 |
70–80 |
800–1 000 |
2,5 |
Аустенит |
|
|
|
|
1 600–2 000 |
|
Перлит |
800–900 |
450 |
8–16 |
25–30 |
1 800–2 200 |
< 0,4 |
Ледебурит |
|
|
|
|
6 000 |
|
Цементит |
|
|
|
|
8 000 |
|
Феррит (Ф) представляет собой твердый раствор углерода в α-железе. Это самая мягкая и пластичная структурная составляющая. Предельное содержание углерода в феррите при 727оС около 0,02%, а при комнатной температуре – 0,01%.
А
устенит
(А) представляет собой твердый раствор
углерода в γ-железе. Это более твердая
и прочная структурная составляющая.
Существует при температуре выше 727°С.
Предельное содержание углерода – 2,14%.
а
б
в
Рис. 1.22. Структура доэвтектоидной (а), эвтектоидной (б) и заэвтектоидной (в) стали после отжига
Цементит (Ц) представляет собой химическое соединение Fe3C, содержащее 6,67% С, и является самой твердой и хрупкой структурной составляющей (табл. 1.2).
Перлит (П) представляет собой механическую смесь феррита и цементита, содержащую в среднем 0,81% С. Благодаря наличию цементита он более прочен и тверд, чем феррит и аустенит.
Ледебурит (Л) является механической смесью феррита и цементита, содержащей в среднем 4,3% С. Благодаря большей доле цементита он более тверд и хрупок, чем перлит.
Феррит, аустенит, цементит, перлит и ледебурит являются важнейшими структурными составляющими сталей и чугунов, наблюдаемыми при микроскопическом анализе (рис. 1.22).