Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы железо-углерод. Это объясняется тем, что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы.
Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо-карбид железа (цементит), и стабильная, характеризующая превращение в системе железо - графит.
На то, что система железо - графит является более стабильной, чем система железо-цементит, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т. е. переходит в более стабильное состояние.
Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539°С имеет две модификации - ? и ?. Модификация Fe?, существует при температурах до 911°С и от 1392 до 1539°С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм. Важной особенностью Fe? является его ферромагнетизм ниже температуры 768 С, называемой точкой Кюри.
Модификация Fe? существует в интервале температур от 911 до 1392°С и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 им. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК решетка. В связи с этим при переходе Fe? в Fe? объем железа уменьшается приблизительно на 1%.
Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз.
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.
Феррит (обозначают Ф) - твердый раствор внедрения углерода в Fe?. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите мала и составляет 0,02%, в высокотемпературном-0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Fe? обусловлена малым размером межатомных пор
в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться
в дефектах.
Аустенит (обозначают А) - твердый раствор внедрения углерода в Fe?. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe? значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (НВ 1600-2000) при температуре 20-25 °С.
Цементит (обозначают Ц) - карбид железа Fe3C. Содержит 6,69 %С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (НВ 8000) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при температуре 210°С. Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. Она установлена равной 1260°С при нагреве лазерным лучом.
Графит - углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.
