Fe-Fe3C

1. Диаграмма железо – углерод.

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны.
Стали содержат < 2,14% углерода; чугуны содержат >
2,14% углерода.
Железо образует с углеродом химическое
соединение – цементит Fe3C. Устойчивое химическое
соединение можно рассматривать как компонент, а
диаграмму при этом можно рассматривать по частям
от железа до Fe3C (6,67%С). Это оправдано еще и
тем, что на практике применяют металлические
сплавы с содержанием углерода не более 5%.

2.

C
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Линия AHJECF – линия
Жидкость+
О Л ИA
Д У С А;
феррит С 1539
она соответствует
концу
1500
Феррит
B
затвердевания
H J сплава.
В области
1400между линиями
Феррит+
N 1392
ликвидуса
и солидуса
аустенит
1300 только смесь
находится
из жидкости и твёрдых
кристаллов.Аустенит
1200
Ниже линии солидуса
сплав находится в
твёрдом
1100 состоянии
Жидкость+
аустенит
E
1147
Линия ABCD – линия D
Л И К В И Д У С А;
она соответствует
температуре начала
Жидкость
затвердевания сплавов.
Выше линии ликвидуса
сплавы
находятся
Жидкость
+цементит
(первичный)
только
в жидком
F
состоянии
C
1000
Ф Е Р Р И Т В зависимости от температуры и содержания углерода
твёрдый900
раствор углерода
ПоТочка
вертикальной
оси
A на
диаграмме
сплавы системы железо-углерод могут
иметь
следующие
в а-железе.
диаграммы
соответствует
структурные составляющие: феррит, перлит,
аустенит,
800
При температуре
727 C
откладывается
температуре
плавления
цементит, ледебурит и графит.
содержит до 0,02% углерода,
температура,
700
чистого
железа 1539 C,
а при
20 C – 0,006%.
По горизонтальной
точка D оси –
Феррит
600 – мягкая,
содержаниеплавления
(в %)
температуре
пластичная фаза.
Q магнитные
0.8
2.14
4.3углерода
6,67C%
и цементита.
Высокие
Цементита
1550LC.
свойства сохраняются до
температуры
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100%Fe3C
точки Кюри – 768 C.

3.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Сº
Жидкость+
Ц ЕМ Е НAТ И Т
феррит
1539
Химическое соединение
1500
Феррит
железа
с углеродом
H
J
B
Fe3C (карбид
железа).
Феррит+
1400
Содержит 6,67%
углерода.
аустенит
N
Обладает
высокой
1300 1392
Перлит
ГРАФИТ
1000Разновидность углерода.
Графит имеет серо-чёрный
911 Л Е Д Е Б У Р И Т (эвтектика)
цвет
металлическим
G сСмесь
аустенита и
900
блеском,
жирный
на ощупь.
Аустенит
цементита. Образуется при
в структуре
+феррит 800 Встречается
S
кристаллизации
чугунов
раствора
Феррит 700 в свободном
Р жидкого
состоянии
постоянного состава (4,3 C )
в виде пластинок, хлопьев
Феррит+
П+ЦII C.
при температуре1147
600
и
глобулей
Цементит
Ледебурит хрупок
(третичный) Q (шаровидной
формы).
0.8
2.14
10
АУСТЕНИТ
Твёрдый раствор углерода
в y-железе. Растворимость
K
углерода 2,14% при
температуре 1147 C, 727
а при 727 C – 0,8.
Немагнитен, пластичен.
L 6.67%C
Л-т+ЦI
П+ЦII+Л-т
0.025
0,006
0
Л-т +ЦI
E
Эвтектика (Л-Т)
А
1100
A+ЦII+Л-т
-
твёрдостью.
Весьма хрупок.
1200
До 210
C сохраняет
магнитные свойства.
П Е Р Л И Т (эвтектоид) – 155
D
Механическая смесь
феррита и цементита.
Жидкость Перлит образуется при
медленном охлаждении из
аустенита при температуре
727 C и содержит 0,8%
углерода. В зависимости от
формы
частиц цементита
C
перлит может быть
F
пластинчатым или
1147
зернистым.
20
30
40
4.3
50
60
70
80
90 100%Fe3C

4.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Сº
Жидкость+
феррит
1539
Феррит
1500
Феррит+
аустенит
1400
A
H
N
1300
J
D
B
Жидкость
1392
C
1200
911
G
900
S
800
Р
700
0.025
0,006
Феррит+
Цементит 600
(третичный) Q
Перлит
Феррит
E
0
П+ЦII
0.8
10
20
30
4.3
40
50
1147
K
Л-т+ЦI
П+ЦII+Л-т
2.14
F
Л-т +ЦI
1000
Эвтектика (Л-Т)
1100
A+ЦII+Л-т
А
-
Аустенит
+феррит
155
727
L 6.67%C
60
70
80
90 100%Fe3C

5. Свойства и строение компонентов диаграммы железо - углерод

1.
2.
Железо – Fe: Тпл =1539° С; в твердом состоянии может находиться
в двух модификациях: α (δ – высокотемпературная модификация) решетка о.ц.к. и γ –решетка г.ц.к.; при 768°С происходит магнитное
превращение; с углеродом железо образует растворы внедрения;
твердый раствор углерода в α-железе называют ферритом, а в γжелезе – аустенитом.
Цементит – химическое соединение углерода с железом (карбид
железа) Fe3C: Тпл = 1250°С; кристаллическая решетка крайне
сложна; аллотропических превращений не испытывает; магнитные
свойства теряет при 217°С; имеет практически нулевую
пластичность; при определенных условиях распадается с
образованием свободного углерода (графита); твердый раствор
металлов на базе решетки цементита называют легированным
цементитом.

6. Обозначения, принятые для дальнейшего изложения.

• L – жидкость (жидкий раствор углерода в
железе), существует выше линии ликвидус
ABCD.
• Ц – цементит, соответствует линии DFKL.
• Ф – феррит – структурная составляющая,
незначительный раствор углерода в αжелезе, на диаграмме располагается левее
линий GPQ и AHN.
• А – аустенит – структурная составляющая,
твердый раствор углерода в γ-железе,
область на диаграмме NJESG/

7. Цементит (светлая сетка) х1000

8. Феррит

9. Аустенит х500

10. Нонвариантные реакции на диаграмме

1.
2.
3.
Т=1499°С (линия HJB): L(B)+Ф(H)→A(J) перетектическая реакция, наблюдается только у
сплавов с содержанием углерода от 0,1% до 0,5%.
Т=1147°С (линия ECF): L(С)→А(H)+Ц –
эвтектическая реакция, наблюдается у сплавов с
содержанием углерода более 2,14% С,
образовавшуюся в результате реакции
эвтектическую смесь называют ледебуритом.
Т=727°С (линия PSK): A(S)→Ф(P)+Ц – эвтектоидная
реакция, наблюдается у всех сплавов с
содержанием углерода более 0,02%,
образовавшуюся в результате реакции
эвтектоидную смесь называют перлитом.

11. Процессы кристаллизации сплавов с содержанием углерода более 2,14%

t°С
1
L
Е
4
1
a
c
D
4
1
b
2
e
d
5
С
f
F 1147°С
А
2
эвтектоидный
сплав, 4,3% С
2,14
К1
4,3
С%
К2
2'
сплав К1
5
5'
сплав К2
6,67
1.
Первичная кристаллизация заканчивается эвтектической реакцией:
L(4,3%С)→А(2,14%С)+Ц(6,67%С); в сплаве, содержащем 4,3%С происходит только эта
реакция, структура в результате первичной кристаллизации – ледебурит.
2.
В доэвтектическом сплаве К2 сначала идет выделение первичного аустенита; в точке а
количество фаз определяется соотношением L(состава b) / А(состава с)=са / аb; структура
в результате первичной кристаллизации – ледебурит + аустенит.
3.
В заэвтектическом сплаве К2 первоначально выделяется первичный цементит;
соотношение фаз в точке d определяется аналогично; структура в результате первичной
кристаллизации – ледебурит + цементит.

12. Вторичная кристаллизация весьма малоуглеродистых сплавов

1
911
1
3
А
2
4
Ф
P
4
727
5
Q
0,01
К1
2.
2
5
t°С
1.
3
Сплав К1
0,02
С, %
Сплав К2
τ
К2
Сплав типа К1 (содержание углерода 0,01 <С%<0,02) : при охлаждении в интервале температур 1
– 2 происходит превращение А→Ф; ниже точки 2 сплав состоит из однородного α-твердого
раствора феррита (Ф).
Сплав типа К2 (содержание углерода 0,01<С%<0,02): этот сплав отличается от сплава К1 тем, что
вертикаль данного сплава пересекает линию РQ в точке 5. Ниже точки 5 происходит выделение
из сплава высокоуглеродистой фазы – цементита (Ц), который называют третичным
цементитом в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкости, и вторичного
цементита, выделяющегося из аустенита (А).

13. Цементитная эвтектика(ледебурит) х250

14. Перлит пластинчатый х1000

15. Перлит зернистый х2000

Феррит
цементит

16. Перлит пластинчатый х50 000

17. Вторичная кристаллизация сталей

E
A
t°С G
5
5
2
а
Ф P
b
2
c
3
S 1
6
K
1
1'
3
3'
t°С Эвтектоидный сплавДоэвтектоидный
Q
4
0,02 К1 С%
1.
2.
3.
сплав К1
7
0,8
К2
2
6
6'
Заэвтектоидный
сплав К2
τ
Сплав 1:в точке S (727°С) происходит эвтектоидная реакция - А→Ф+Ц; образовавшуюся
эвтектоидную смесь называют перлитом (П); перлит не фаза, а структурная составляющая,
представляющая собой чередующиеся пластинки феррита и цементита.
Сплав К1: имеет избыток Fe по сравнению с эвтектоидной концентрацией 0,8%С; выделение Ф при
охлаждении обогащает А углеродом и при 727°С происходит эвтектоидная реакция; после
окончания превращения структура будет состоять из П и зерен Ф.
Сплав К2: при охлаждении в интервале 5 – 6 из А выделяется Ц, при этом А обедняется
углеродом и при 727°С происходит эвтектоидная реакция; в результате получается структура,
состоящая из Ц, выделяющегося по границам зерен в виде сетки и П.

18. Превращения при вторичной кристаллизации в высокоуглеродистых сплавах - чугунах

D
L
t°
C
A
G
E
F
1
3
1
1'
3
5
2
P
S
4
2
3
'
6
2'
4
5
4'
5'
6
6'
K
Ф
Эвтектический
сплав 4,3%С
Доэвтектический
сплав К1
Заэвтектический
сплав К2
L
Q
0,8
2,0
К1
4,3
К2
6,67
τ
С%
1.
2.
3.
Эвтектический сплав (4,3%С): после затвердевания сплав имеет чисто ледебуритную структуру;
при охлаждении от 1147°С до 727°С из А, входящего в состав эвтектики, выделяется вторичный
Ц, который обычно структурно не обнаруживается; при 727°С А эвтектики имеет
концентрацию 0,8%С и происходит перлитное превращение А→Ф+Ц; следовательно ниже
727°С ледебурит это смесь перлита и цементита.
Сплав К1: первичные кристаллы А изменяют свою концентрацию при охлаждении от точки 3 до
точки 4 от 2,14 до 0,8%с и в точке 4 происходит перлитное превращение; структура такого чугуна
ниже 727°С состоит из перлита, ледебурита и вторичного Ц.
Сплав К2: первичный Ц в заэвтектических чугунах не имеет превращений,поэтому в нем
происходят превращения как в эвтектическом сплаве; структура ниже 727°С состоит из
ледебурита и Ц

19. Графит пластинчатый х1000

Рис 1.

20. Графит хлопьевидный х1000

Рис 2.

21. Графит шаровидная и шишковидная х1000

Рис 3.