Глава 5. Теория и технология термической обработки стали

Диаграмма состояния «железо-цементит»

Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит –
.
Железо

(Fe) – переходный металл серебристо-светлого цвета. Температура плавления – 1539o.

Полиморфные превращения происходят при температурах 911o С и 1392o С.

Ниже 911o С существует Fe с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392o С устойчивым является Fe с гранецентрированной кубической решеткой.
Выше 1392o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется Fe или высокотемпературное Fe .
Критическую температуру 911oС превращения обозначают точкой A3, а температуру 1392o С превращения - точкой А4.

При температуре ниже 768o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768o С обозначается А2.

феррит, аустенит, цементит. -Феррит Fe(C) - твердый раствор углерода

в  -железе. -Аустенит Fe (C) - твердый раствор углерода в  -железе. -Цементит - карбид железа Fe3C. (Цементит первичный (ЦI), цементит вторичный (ЦII), цементит третичный (ЦIII)).

участке АВ начинается кристаллизация феррита (), на участке ВС начинается

кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.
Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита (). На линии HJB при постоянной температуре 14990С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита (), в результате чего образуется аустенит:
На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного:
Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.
При температуре ниже 727o С в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП).
По линии HN начинается превращение феррита () в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита () в аустенит заканчивается.

железа.
По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается.
По линии

ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.
По линии МО при постоянной температуре 768o С имеют место магнитные превращения.
По линии PSK при постоянной температуре 727o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного:

Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода. Перлит – механическая смесь феррита и цементита. Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования.

По линии PQ начинается выделение цементита третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.

системы железо – цементит (критические точки)
Обозначаются буквой А (от французского

arret – остановка):
А1 – линия PSK (7270С) – превращение П А;
A2 – линия MO (7680С, т. Кюри) – магнитные превращения;
A3 – линия GOS ( переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф  А;
A4 – линия NJ (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение ;
Acm – линия SE (переменная температура, зависящая от содержания углерода в сплаве) – начало выделения цементита вторичного (иногда обозначается A3).
Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е , при охлаждении – букву r, т.е. .

признаку делят на две большие группы: стали и чугуны. Особую

группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо.

Рис.2. Микроструктуры технического железа: а – содержание углерода менее 0,006%; б – содержание углерода 0,006…0,02 %

сталь (пластинчатый перлит); в – эвтектоидная сталь (зернистый перлит); г

– заэвтектоидная сталь .

,
структура феррит + перлит ;
эвтектоидные ,
структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый; заэвтектоидные ,
структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.

(до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.

доэвтектические

, структура перлит + ледебурит + цементит вторичный ;
эвтектические , структура ледебурит (Л);
заэвтектические , структура ледебурит + цементит первичный.