Практическая работа №1: Изучение диаграммы состояния железо-цементит

Диаграмма состояния железо — цементит (Fe—Fe₃C|

Диаграмма состояния Fe—Fe₃G (в упрощенном виде) приведена на рис. 6.1. На этой диаграмме точка А (1539 °С) соответствует темпера­туре плавления (затвердевания) железа, а точка D (~ 1600 °С) —тем­пературе плавления (затвердевания) цементита. Линия ACD —линия ликвидуса, показывающая температуры начала затвердевания (конца плавления) сталей и чугунов. Линия AECF —линия солидуса, пока­зывающая температуры конца затвердевания (начала плавления).

По линии ликвидуса АС (при температурах, соответствующих линии АС) из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а по ли­нии ликвидуса CD — цементит, называемый первичным цементитом.

В точке С при 1147 °С и содержании 4,3 % С из жидкого сплава одно­временно кристаллизуется аустенит и цементит первичный, образуя эвтектику, называемую ледебуритом. По линии солидуса АЕ сплавы с содержанием до 2,14 % С окончательно затвердевают с образованием аустенита. По линии солидуса ЕС (1147 °С) сплавы с содержанием 2,14—4,3 % С окончательно затвердевают с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделяется аустенит, следовательно, такие сплавы после затвердевания имеют структуру аустенит + ледебурит. По линии солидуса CF (1147 °С) сплавы с содержанием 4,3—6,67 % С оконча­тельно затвердевают также с образованием эвтектики ледебурита. Так как при более высоких температурах из жидкого сплава выделя­ется цементит (первичный), следовательно, такие сплавы после затвер­девания имеют структуру — первичный цементит + ледебурит.

В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содер­жанием до 2,14 % С образуется однофазная структура —аустенит. Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кри­сталлизации в равновесных условиях получается аустенитная струк­тура, называют сталями. Следовательно, сталь —это железоуглеро­дистые сплавы с содержанием до 2,14 % С. Сплавы с содержанием более 2,14 % С, в которых при кристаллизации образуется ледебурит, называют чугунами. Следовательно, чугун —это железоуглеродистые сплавы с содержанием более 2,14 % С. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми.

В железоуглеродистых сплавах превращения в твердом состоянии характеризуют линии GSE, PSK, PQ- Линия GS показывает начало

превращения аустенита в феррит (при охлаждении). Критические точки, лежащие на линии GS, обозначают А₃ (при нагреве Ас₃, а при.Охлаждении Аr₃). Линия SE показывает, что с понижением темпера­туры растворимость углерода в аустените уменьшается. Так, при 11.47 °С в аустените может раствориться 2,14 % С, а при 727 °С — 0,8 % С. С понижением температуры из аустенита выделяется избы­точный углерод в виде цементита, называемого вторичным. Критиче­ские точки, лежащие на линии SE, обозначают Аст. В чугунах с содержанием 2,14—4,3 % С при 1147 °С, кроме ледебурита, есть аустенит, из которого при понижении температуры тоже выделяется вторич­ный цементит. Линия PSK 727⁰C) —линия эвтектоидного превращения. На этой линии во всех железоуглеродистых сплавах аустенит распада­ется, образуя структуру, представляющую собой механическую смесь феррита и цементита и называемую перлитом (~ НВ 200).Критиче­ские точки, лежащие на линии PSK, обозначают А₁ (при нагреве Ас₁, а при охлаждении Аr₁).

Линия PQ показывает, что с понижением температуры раствори­мость углерода в феррите уменьшается от 0,02 % при 727 °С до 0,006 % при комнатной температуре. При охлаждении ниже 727 °С из феррита выделяется избыточный углерод в виде цементита, называемого тре­тичным.

Ниже 727 °С железоуглеродистые сплавы имеют следующие струк­туры.

Стали, содержащие менее 0,8 % С —феррит + перлит, называют доэвтектоидными сталями (рис. 6.2, а).

Стали с содержанием 0,8 % С — перлит, называют эвтектоидными сталями

Стали с содержанием 0,8—2,14 % С — перлит и цементит (вторич­ный), называют заэвтектоидными сталями

Белые чугуны с содержанием 2,14—4,3 % С —перлит + цементит (вторичный) + ледебурит, называют дозвтектическими чугунами (вторичный цементит структурно не обнаруживается, так как объединяется с цементитом ледебурита).

Белый чугун с содержанием 4,3 % С ^:—ледебурит, называют эв­тектическим чугуном

Белые чугуны с содержанием 4,3—6,67 % С — цементит (первич­ный) + ледебурит, называют зазвтектическими чугунами.