Структурная цементитная диаграмма

Структурная диаграмма сплава «железо – цементит» приведена на рис. 5.

Отметим, что выше линии QPSECFD фазовая (см. рис. 4) и структурные (рис. 5) диаграммы совпадают, т.е. образующиеся фазы идентичны структурным составляющим с той особенностью, что кристаллизующийся из расплава цементит (в области CDF) будем называть первичным цементитом.

Рассмотрим структурные превращения, происходящие при кристаллизации сплава ниже линии QPSECFD цементитной диаграммы.

Линии CD, SE и QP диаграммы имеют одинаковый смысл. Они показывают снижение растворимости углерода (при снижении температуры) в растворах соответственно в жидкой фазе L, аустените А и α-феррите Ф_α. Избыточный углерод с понижением температуры выделяется из L, А и Ф_α в виде высокоуглеродистой фазы – цементита, который получил соответствующее название и обозначение.

Цементит первичный (Ц_I) – выделяется при первичной кристаллизации из жидкости в сплавах, содержащих 4,3...6,67 % углерода (область CDF). При дальнейшем охлаждении он не претерпевает никаких превращений. Его зерна (кристаллиты) – наиболее крупные.

Цементит вторичный (Ц_II) – выделяется при вторичной кристаллизации из аустенита в интервале температур 1147...727 °С и сохраняется при дальнейшем охлаждении. Имеет более мелкие зерна.

Цементит третичный (Ц_III) – выделяется из феррита при охлаждении ниже 727 °С у всех сплавов, содержащих более 0,006% углерода. Ц_III в виде очень мелких зерен присутствует в структуре в качестве самостоятельной фазы (при содержании С = 0,006…0,02 %) или в составе перлита и ледебурита (перлитового).

ECF и PSK – линии эвтектического и эвтектоидного превращений (напомним эти превращения. Эвтектическое превращение претерпевают все сплавы, лежащие правее точки Е при 2,14% С, эвтектоидное – все сплавы, лежащие правее точки Р при 0,02% С).

Рис. 5 – Структурная цементитная диаграмма

Техническое железо – сплавы, содержащие до 0,02% углерода.

Их структура – феррит (до 0,006% углерода) или феррит и цементит третичный (0,006...0,02% углерода). Техническое железо обладает высокой пластичностью и хорошими магнитными свойствами. Цементит третичный, выделяющийся по границам зерен феррита, снижает пластичность. Техническое железо часто называют ферритным железом, его структурная особенность – в структуре отсутствует перлит.

Стали – деформируемые сплавы железа с углеродом (0,02...2,14% углерода).

В результате первичной кристаллизации или при нагреве выше линии GSE (например, слитков или заготовок) они приобретают однофазную структуру аустенита, обладающего высокой пластичностью. Поэтому стали легко деформируются при повышенных температурах, а низкоуглеродистые и среднеуглеродистые и при температурах цеха, т.е. без нагрева. Заготовки (детали) из сталей получают различными операциями пластического деформирования (ковка, прокатка, штамповка, волочение и т.п.).

По содержанию углерода (структурный признак) различают стали:

– доэвтектоидные с углеродом до 0,8% и структурой феррита и перлита (Ф + П);

– эвтектоидные с углеродом 0,8% и структурой перлита (П);

– заэвтектоидные с углеродом более 0,8% и структурой перлита и цементита вторичного (П + Ц_II).

Структурная особенность — наличие в структуре перлита и отсутствие ледебурита.

Чугуны – литейные сплавы железа с углеродом (2,14... ...6,67% углерода). Они содержат в структуре после первичной кристаллизации хрупкий ледебурит с избыточным аустенитом или цементитом первичным. Наличие большого количества твердого, непластичного цементита определяет весьма низкую пластичность чугунов, их невозможно пластически деформировать. Вместе с тем чугуны обладают значительно лучшими литейными свойствами, чем стали, поскольку имеют более низкую температуру кристаллизации, меньшие ликвацию и усадку и хорошую жидкотекучесть. Заготовки (детали) из чугуна получают литьем.