Диаграмма состояния сплавов на основе железа

Железо – цементит: (МЕТАСТАБИЛЬНОЕ РАВНОВЕСИЕ)

Диаграмма состояния железо — углерод (цементит) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С).

Система Fe — Fe3C метастабильная. Образование цементита вместо

графита дает меньший выигрыш свободной энергии, однако кинетическое образование карбида железа более вероятно.

На диаграмме Fe — Fe3C точка А (1539СС) отвечает температуре плавления железа, а точка D (~155О С) — температуре плавления цементита.

Точки JV (1392°С) и G (910сС) соответствует полиморфному превращению α↔γ

Характерным точкам диаграммы состояния Fe — Fe3C со-

ответствуют следующие концентрации углерода (% по массе):

В — 0,51%С в жидкой фазе, находящейся в равновесии с б-ферритом и аустенитом при перитектической температуре 1499 ^оС;

Н — 0,1% С (предельное содержание в б-феррите и 1499 ^оС);

J - 0,16% С - в аустените при перитектической температуре 1499 ^оС;

Е — 2,14% С (предельное содержание в аустените при эвтектической температуре 1147 ^оС);

S - 0,8% С в аустените при эвтектоидной температуре 727 С;

Р — 0,02% С (предельное содержание в ферритепри эвтектоидной температуре 727°С).

Кристаллизация сплавов: Fe — F e 3C

АВ (ЛИНИЯ ликвидус) показывает температуру начала кристаллизации б-феррита (Ф) из жидкого сплава (Ж);

ВС (ЛИНИЯ ликвидус) соответствует температуре начала кристаллизации аустенита (А) из жидкого сплава;

CD (линия ликвидус) соответствует температуре начала кристаллизации первичного цементита (Fe3C) из жидкого сплава;

АН (линия солидус) является температурной границей области жидкого сплава и кристаллов б-феррита; ниже этой линии существует только б-феррит;

HJB - линия перитектического нонвариантного (С = 0)равновесия (1499°С); по достижении температуры, соответствующей линии HJB, протекает перитектическая реакция (жидкость состава точки В взаимодействует с кристаллами б-феррита состава точки Н с образованием аустенита состава точки J):

Жв + Фн =А_j

Линия ECF (линия солидус) соответствует кристаллизации эвтектики — ледебурит

Ж_с=А_е+Fe3C

ЖЕЛЕЗО - ГРАФИТ (СТАБИЛЬНОЕ РАВНОВЕСИЕ)

Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита.

Процесс образования в чугуне (стали) графита называют графитизацией.

Диаграмма состояния стабильного равновесия сплавов Fe — С показана

на рис. 83 (штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные — цементита).

В стабильной системе при температурах, соответствующих линии CD', кристаллизуется первичный графит. При температуре 1153 ^оС(линия E^’C^’F^’) образуется графитная эвтектика: аустенит + графит.

По линии E'S' выделяется вторичный графит, а при 738 С (линия S'K ') образуется эвтектоид, состоящий из феррита и графита. Если при эвтектической кристаллизации выделяется только графит, то чугун называют серым, если графит и цементит,— половинчатым и если только цемен-

тит,— белым.

Тема №31

Образование аустенита при нагреве (аустенизация) является диффузионным процессом и подчиняется законам кристаллизации.

Эвтектоидная сталь – нагрев выше критической точки АС1

(7270С). П(α0,02%С + Fe3C6,67%С)→γ0,8%С Превращение состоит из двух одновременно проходящих процессов: полиморфного α→γ и растворения в аустените Fe3C. Зародыш аустенита возникает на границе раздела α и Fe3C и растет за счет диффузии атомов углерода в аустените от феррита и цементита к зародышу аустенита. Рост участков аустенита за счет полиморфного превращения идет быстрее, чем растворение Fe3C. Поэтому после завершения α→γ превращения сохраняется Fe3C. Для его растворения необходимо дополнительное время.

Аустенизация доэвтектоидной стали – нагрев дотемпературы выше точкиАС3 – (α+П)→ γ. Содержание углерода в аустенитеменяется по линии GS диаграммы.

Аустенизация заэвтектоидной стали - нагрев до температуры вышеточки АС1–П+Fe3CII→γ+Fe3CII

выше АСm - γ + Fe3CII→γ содержание углерода в аустените меняется по линии ES диаграммы.

Число образовавшихся на границе раздела фаз Ф-Ц зародышей аустенита достаточно велико, образовавшиеся зерно (начальное зерно) мел-

кое. Дальнейший нагрев приводит к его росту (снижение энергии системы за счет уменьшения протяженности границ).

ПРЕВРАЩЕНИЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА (ДИАГРАММА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА)

Переохлаждение стали со структурой аустенит, полученной в результате аустенизации ниже точки Аr1, приводит аустенит в метастабильное состояние и он претерпевает превращение.

Кинетика превращения описывается диаграммой изотермического превращения (распада) аустенита, которая строится экспериментально в координатах t0 – время.

Нагрев образцов до температур стабильной аустенита (выше критической точки) и быстрое охлаждение до температур ниже А1, например 700, 600, 500, 400 и т.д. Выдержка при этих температурах до полного распада аустенита (фиксируют изменение какого-нибудь свойства, например магнитных ха-

рактеристик: аустенит парамагнитен, а продукты его превращения ферромагнитны).

Построение кинетической кривойраспада при заданной температуре.

ОА – инкубационный период пре-

вращения;

а – время начала превращения аустенита;

b – время конца превращения аустенита.

Диаграмма изотермического распада показывает превращение переохлажденного аустенита, проткающее при постоянной температуре в течение определенного времени. На рис. 8,а приведена диаграмма эвтектоидной стали. При изотермическом превращении в до- и заэвтектических сталях в верхнем интервале температур сначала выделяются избыточные фазы – феррит (доэвтектоидная) и цементит (заэвтектоидная) сталь. На диаграмме отмечается дополнительная кривая (б).