3.3. 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 - а и у. Модификация существует при температурах до 911 °С и от 1392 до 1539 °С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при температуре 20-25 °С). Важной особенностью является его ферромагнетизм ниже температуры 768 °С, называемой точкой Кюри.

Модификация существует в интервале температур от 911 до 1392°С и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК решетка. В связи с этим при переходе объем железа уменьшается приблизительно на 1%. парамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метаста-бильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз. (Это используют при получении синтетических алмазов.)

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф или ) - твердый раствор внедрения углерода в 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 обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях).

Феррит-мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами: .

Аустенит (обозначают А или -твердый раствор внедрения углерода в Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита при температуре

Цементит (обозначают Ц) — карбид железа (почти постоянного состава) Содержит и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при температуре Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. Она установлена равной при нагреве лазерным лучом.

Графит - углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную

Рис. 3.12. Диаграмма состояния

ТАБЛИЦА 3.1. Характерные точки диаграммы состояния железо-цементит

кристаллическую решетку. Графит электропроводен. химически стоек, малопрочен, мягок.