Диаграмма состояния железо – углерод

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ  ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД – графическое построение в координатах состав (концентрация примеси или примесей) – температура. Для металлических сплавов наиболее широко применяется бинарная диаграмма железо-углерод, которая схематически изображена на рисунке. При большом количестве примесей диаграммы многомерны, например, при добавлении в сталь одного легирующего элемента соответствующая тройная диаграмма состояния является объемной.

Диаграмма состояния железо – углерод приведена на рисунке. Линии на диаграмме отделяют области  существования различных жидких и твердых фаз. Диаграмма построена  по данным экспериментальных исследований структуры железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) после (или в  процессе) медленного нагрева и охлаждения.

Шкала концентрации углерода на диаграмме доведена только до 6,67% С, т.к. сплавы с большей концентрацией углерода не имеют практического применения.

На диаграмме есть области  существования следующих фаз: жидкости (Ж), аустенита (А), цементита (Ц), феррита (Ф).

Жидкий раствор углерода в железе существует при температурах выше линии АВСD на диаграмме, химическое соединение Fe₃C (Ц) цементит соответствует правой области диаграммы и составу 6,67% С, в смеси с другими составляющими цементит может существовать на всем поле диаграммы состояния.

Аустенит (А) – твердый раствор углерода в g-железе может содержать до 1,7%С и существовать при температурах выше 723° С.

Феррит (Ф) – твердый раствор  углерода в a-железе может содержать не более 0,03%С.

Жидкие фазы (аустенит и  феррит) при различных температурах могут содержать различное количество углерода.

Проводя на диаграмме вертикаль, соответствующую составу исследуемого сплава, можно определить как качественно, так и количественно фазовый  состав сплава при различных температурах.

Превращения при нагреве  и охлаждении сталей и чугунов  в соответствии с диаграммой состояния  можно разделить на безвариантные (нонвариантные), проходящие при постоянной температуре, и одновариантные (моновариантные), происходящие в некотором интервале температур.

К безвариантным превращениям относятся:

По линии HJB на диаграмме  феррит и жидкость (расплав) переходят  в аустенит (перитектическое превращение).

По линии ECF жидкость превращается жидкости в аустенит и цементит (эвтектическое  превращение).

По линии PSK аустенит превращается в феррит и цементит (эвтектоидное превращение).

Безвариантные превращения  соответствуют горизонтальным линиям на диаграмме состояния.

Пунктирные горизонтали  соответствуют магнитным превращениям в феррите (точка Кюри 770° С, линия МО), когда феррит переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние, и соответствующему переходу в цементите.

Одновариантные превращения  соответствуют областям на диаграмме  состояния и разделяются на первичные  превращения, в которых одна из фаз  является жидкостью, и вторичные превращения в твердом состоянии.

Т.к. диаграмма состояния  соответствует нагреву и охлаждению в равновесных условиях, на ней  нет метастабильной фазы – мартенсита, возникающей при быстром охлаждении (закалке) от температур, выше температуры образования аустенита (723° С).

Выбор режима термической  обработки сплавов при научных  исследованиях и в технологических  процессах основывается на диаграмме  состояния железо-углерод.