Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо – цементит

факультет
Кафедра «Материаловедение в машиностроении»

и цементит.
1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую

температуру плавления – 1539 °С± 5 °С.
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (НВ 100) и прочностью (предел прочности – σв 250 МПа, предел текучести – σт 20 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – δ = 50%, а относительное сужение – ψ = 80%). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.
2. Углерод относится к неметаллам. В кристаллической решетке железа располагается в дефектах (порах).
3. Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода. Температура плавления цементита точно не установлена (~1550 °С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217  °С. Цементит имеет высокую твердость (более НВ 800, легко царапает стекло), но чрезвычайно хрупкий.
Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ – это сплав железа и углерода, содержание которого не превышает 2,14%.

– углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.
1. Жидкая

фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
2. Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железо.
Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную ~ 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727o С ( точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.
При температуре выше 1392o С существует высокотемпературный феррит (δ), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499o С (точка J)
Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердостьσ – НВ 100, предел прочности – σв 300 МПа) и пластичен (относительное удлинение – δ 30%), магнитен до температуры Кюри 768 °С.
3. Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо.
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727° С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147°  С (точка Е).
Аустенит имеет твердость НВ200, пластичен (относительное удлинение — δ 40…50%), парамагнитен.
При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.
4. Цементит. В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный (ЦI), цементит вторичный (ЦII), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Сплав II – это сталь с содержанием углерода 1,5 %
Время,

сек

Температура °С