Диаграмма состояния железо-углерод

Основой для определения структуры и свойств железоуглеродистых сплавовявляется диаграмма состояния железо‑углерод (цементит) (рис. 1). Ось концентраций (абсцисс) двойная, она отражает содержание углерода и цементита.

Рис. 1. Диаграмма состояния железо—углерод (железо—цементит)

Точка А на диаграмме соответствует температуре плавления железа, точка D— цементита. В точке С (с концентрацией С 4,3% и температурой 1147°С) образуется эвтектика (ледебурит). Линия ACD— линия ликвидус (выше ее существуетжидкий раствор L) — показывает начало первичной кристаллизации: по линии АС из жидкого раствора начинает кристаллизоваться аустенит, по CD — цементит. Поэтому в области АСЕ существует жидкий раствор и кристаллы аустенита (L+ A ), а вобласти CDF — жидкий раствор и кристаллы цементита (L +Ц).

Точка Е диаграммы показывает максимальную растворимость углерода в аустените при температуре 1147°С, она принята границей деления железоуглеродистых сплавов на стали (до 2,14% С) и чугуны (свыше 2,14 %).

Линия AECF — линия солидус — характеризует конец первичной кристаллизации. Она также является началом вторичной кристаллизации (перекристаллизации), характерной для твердой фазы. Прямая ECF называется линией эвтектических превращений.

В зависимости от содержания углерода стали делят на доэвтектоидные(С<0,8%), их также можно назвать конструкционными; эвтектоидные (С=0,8%) изаэвтектоидные (С>0,8%), последние две группы можно назвать инструментальными сталями.

Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита (белые включения) иперлита (темные включения). С увеличением содержания углерода количествоферрита уменьшается, а перлита — увеличивается. Структура эвтектоидных сталейсостоит из перлита, а заэвтектоидных сталей — из перлита (темные участки) и цементита (светлые участки в виде сетки или игл).

Структура чугунов состоит из перлита, ледебурита и цементита. В зависимости от содержания углерода чугуны делятся на доэвтектические(2,14%<С<4,3%), эвтектические (С=4,3%, структура состоит из перлита и первичного цементита) и заэвтектические (С>4,3%).

При медленном нагреве от комнатной температуры до 723°С в доэвтектоидномсплаве фазовых изменений не происходит. При температуре 723°С перлит превращается в аустенит. Такую температуру называют нижнейкритическойточкой и обозначают A_C1. Буква С указывает на то, что температура остановки получается при нагреве стали, а единица подтверждает образование критической точки на линии PSK. Охлаждение стали отмечают буквой r (А_r1). При дальнейшем нагреве зерна феррита растворяются в аустените. Растворение заканчивается на линии GS. Температуру окончания растворения феррита в аустените называют верхнейкритическойточкой и обозначают при нагреве сплава- А_С3, при охлаждении - А_Г3.

При нагреве заэвтектоидногосплава при 723°С перлит превращается в аустенит (точка A_C1). Дальнейший нагрев вызывает растворение цементита в аустените и на линии SE процесс заканчивается. Эту точку называют критической и обозначают А_ст.

Таким образом, на диаграмме железо - углерод критические точки, образующие линию PSK, обозначаются А_C1 (при нагреве) и А_r1 (при охлаждении), линия GSK - А_Сз, линия SE - А_ст и А_rт. Знание критических точек значительно облегчает термисту дальнейшее изучение процессов термической обработки сталей.