Диаграмма состояния железо-цементит. F+A – ферритная + аустенитная.

Ж+F – ферритная область.

F+A – ферритная + аустенитная.

Л – ледебурит

ЦI – цементит первичный.

Железо – металл, плавящийчя при температуре 1539^оС и относящийся к полиморфным.

Полиморфизм – это возможность существования металлов в различных кристаллических модификациях.

В интервале 1539 ^оС – 1392 ^оС железо имеет ОЦК решетку.

В интервале 1392 ^оС – 911 ^оС железо имеет ГЦК решетку.

При температуре менее 911 ^оС железо имеет ОЦК решетку.

При температуре 768 ^оС железо из ферромагнитного переходит в паромагнитном состояние, т.е. становится немагнитным. Это т.н. точка Кюри.

Железо сравнительно мягкий металл: s_в=250 МПа, НВ 80.

Цементит – химическое соединение, отвечающее формуле Fe3C. Образуется при строго определенном количестве атомов Fe и C, причем доля C составляет 6, 67%. Цементит является наиболее твердой фазой железоуглеродистых сплавов (НВ 800). При нагреве в определенных условиях цементит может распадаться с образованием железа и углерода в свободном состоянии в виде графита. Способность цементита к разложению положена в основу получения чугунов.

На диаграмме состояния железа-цементит линия ABCD – линия липидус, а AHIECF – солидус.

На диаграмме состояния есть две области, прилегающие к ординате, на которых откладывают температуру компонента железа, область феррита и область аустенита. Вообще на диаграмме можно выделить 4 фазы: жидкость, феррит, аустенит и цементит.

Ферит – твердый раствор углерода в a-железе. Феррит имеет ОКЦ решетку. Чисто ферритные области: AHN (1539 ^оС – 1392 ^оС) (высоко температурный феррит) и AGPQ (911 ^оС и до комнатной).

Аустенит – твердый раствор углерода в g-железе. Имеет ГЦК решетку. Область чистого аустенита MIESG.

На диаграмме видно три горизонтальных линии, при температуре которых протекают нонвариантные рекации (С=0).

По линии HIB при Т=1499 ^оС протекает перетектическая реакция, в результате которой жидкость состава точки B взаимодействует с кристаллами феррита в точке Н с образованием кристаллов аустенита в точке I.

По линии ECF при Т=1147 ^оС протекает эвтектическая реакция, в результате которой жидкость в точке C распадается на аустенит в точке E и цементит. Механическая смесь аустенита и цементита в интервале T=1147 ^оС – 727 ^оС получила название ледебурит.

По линии PSK при Т=727 ^оС протекает эвтектоидная реакция, в результате которой аустенит в точке S распадается на феррит в точке P и цементит. Механическая смесь феррита и цементита получила называние перлит.

Эвтектика отличается от эвтектоида тем, что первая протекает с участием жидкой фазы. Вторая является результатом распада твердого раствора. В связи с тем, что при температуре меньше 727 ^оС аустенита быть не может, ледебурит видоизменяется и в интервале T=727 ^оС – 20 ^оС ледебурит – механическая смесь из перлита и цементита.

На диаграмме видны линии ограниченной растворимости (PQ и SE).

При Т=20 ^оС количество углерода, способного раствориться в ОЦК решетке феррита составляет 0, 01% (в точке Q). При Т=727 ^оС количество углерода, способного раствориться в ОЦК решетке феррита составляет 0, 02% (в точке P). Следовательно, при охлаждении избыток атомов углерода должен выделиться из ОЦК решетки, но не в чистом виде, а в виде цементита третичного. Аналогичное наблюдается и при растворении углерода в ГЦК решетке, если при Т=727 ^оС (точка S) углерод составляет 0, 8%, то при Т=1147 ^оС (точка Е) – 2, 14%. При охлаждении избыток атомов углерода должен выделиться из ГЦК решетки, но не в чистом виде, а в виде цементита вторичного. По химическому составу цементит первичный, вторичный и третичный не отличаются. Это для того, чтобы отличить цементит, выделившийся из жидкости, из аустенита и из феррита.

Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода до 2, 14% называют сталь. Стали подразделяются на доэвтектоидные, с содержанием углерода до 0, 8% (феррит + перлит), эвтектоидные – 0, 8% (перлит), заэвтектоидные –от 0, 8% до 2, 14% (перлит + цементит II). Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода более 2, 14% называют чугунами: доэвтектоидные –от 2, 14% до 4, 3% (перлит + ледебурит + цементит), эвтектический –4, 3% (ледебурит), заэвтектический – от 4, 3% до 6, 67% (ледебурит + цементит I).