Файл: Проф., д т. н. Чуманов И. В. Диаграмма состояния железоцементит (FeFe3C).ppt
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 25
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) Филиал в г. Златоусте Факультет Техники и технологии Кафедра «Техники и технологии производства материалов»
Проф., д.т.н. Чуманов И.В.
Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fe3C)
2016
Начало изучению диаграммы железо — углерод было положено работой Д. К. Чернова, опубликованной в 1868 г.
В этой работе Чернов впервые указал на существование в стали критических точек и на зависимость их положения от содержания углерода. Тем самым, Чернов дал первое представление о диаграмме железо — углерод.
Рисунок 1 – Д. К. Чернов, русский учёный-металлург
При 768 °С на кривой охлаждения имеет место остановка, но она связана не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств.
Выше 768 °С железо немагнитно, немагнитное α-железо обозначает β-железо.
Ниже 768 °С железо ферромагнитно или магнитно, т.е. способно намагничиваться.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Микроструктура состоит из однородных зерен. Феррит высокопластичен, хорошо обрабатывается в холодном состоянии. На диаграмме обозначается буквой Ф или α.
Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе с содержанием углерода до 2,14%. Микроструктура состоит из однородных полиэдрических зерен, характеризуется Аустенит высокопластичен, но более тверд, чем феррит (160…200 НВ). На диаграмме обозначается буквой А или γ.
Цементит – химическое соединение железа с содержанием углерода 6,67%. Имеет высокую твердость (больше 800 НВ), но в тоже время очень хрупок, т.е. практически имеет нулевую пластичность. На диаграмме обозначается буквой Ц.
Графит – аллотропическая модификация углерода. Химически стойкий с высокой электропроводностью. На диаграмме обозначается буквой Г.
Перлит – мех. смесь феррита и цементита, содержащая 0,83% углерода. Образуется при распаде аустенита (Т=727°С). Обладает высокой прочностью, твердостью и соответственно повышает мех. свойства сплава. На диаграмме состояния обозначается буквой П.
Ледебурит – мех. смесь аустенита и цементита, образуется при кристаллизации сплава с 4,3% углерода при Т=1147°С(1130°С). Обладает высокой твердостью. На диаграмме состояния обозначается буквой Л.
Кристаллизация сплавов с содержанием углерода до 0,5% начинается по линии ликвидуса АВ с выделением из жидкого металла кристаллов феррита.
При температуре 1499°С (горизонталь НJB) происходит периктеческое превращение между жидкой фазой (L) состава точки B (0,5% С) и ферритом состава точки Н (0,1% С).
В результате этого взаимодействия образуется аустенит состава точки J (0,16% С): LB,0.5+ФH,0.1 AJ,0.16
В этом участке диаграммы могут кристаллизоваться следующие сплавы:
Сплав I– с содержанием углерода менее 0,1% начинает кристаллизоваться при температуре Т1 с выделением из жидкого сплава кристаллов феррита. При Т2 кристаллизация заканчивается. В интервале температур Т2-Т3 феррит охлаждается без изменения превращений. При Т3 начинается перекристаллизация вследствие полиморфного превращения феррита в аустенит, которая заканчивается при Т4. Ниже Т4 сплав состоит из аустенита.
Сплав II – с содержанием углерода более 0,1%, но менее 0,16% начинает кристаллизоваться при Т1. В интервале температур Т1-Т2 из жидкого сплава выделятся кристаллы феррита. При 1499 °С сплав состоит из феррита состава точки Н (0,1% С) и жидкой фазы состава точки В (0,5% С). Между фазами при Т=const и неизменной концентрации фаз происходит перитектическая реакция с образованием аустенита сплава состава точки J (0,16% С).
Сплав III – с содержанием углерода 0,16%. Начинает кристаллизоваться при Т1 с выделением феррита. Кристаллизация протекает в интервале температур Т1-Т2. При Т2 происходит перитектическая реакция между ферритом (0,1%С) и жидким сплавом (0,5% С). Обе фазы полностью израсходуются и по окончании реакции сплав будет состоять только из аустенита (0,16% С).
В данной части диаграммы происходит эвтектоидное превращение (727 °С, линия PSK). Превращение начинается в распаде тв. раствора – аустенита состава точки S (0,8%С) на смесь двух фаз: феррита, состав которого отвечает точке P (0,025% С) и цементита Fe3C (точка К, 6,67% С):
AS, 0.8 ФP,0.025 + Fe3C6.67
Точка S называется эвтектоидной точкой и показывает минимальную Т существования аустенита (727 °С). При этой Т начинается эвтектоидный распад аустенита, образование феррита и цементита. Образовавшуюся при распаде тв. раствора смесь кристаллов новых фаз называется эвтектоидной. В результате данного превращения получают эвтектоидную смесь (Ф+Fe3C) называемую перлитом.
Наиболее характерные сплавы:
Сплав I – содержание углерода менее 0,025% ( техническое железо). Сплав состоит из феррита и третичного цементита Ф+ЦIII (или Fe3C III).
Сплав II – доэвтектоидная сталь. По достижении температуры А1=727 °С оставшийся аустенит с содержанием углерода до 0,8% (точка S) распадается с образованием эвтектоида Ф+П (Ф+Ц)+Ц III.
Сплав III – эвтектоидная сталь с содержанием углерода 0,8%. Выделившийся из феррита при охлаждении третичный цементит в структуре стали виден не будет, т.к. он присоединяется к цементиту, входящему в перлит, и после полного охлаждения структуры будет состоять только из перлита.
Сплав IV – заэвтектоидная сталь с содержанием углерода более 0,8%. В интервале температур критических точек Аст-А1 из аустенита выделяется углерод, который образует вторичный цементит Ц II (или Fe3C II). Аустенит обедняется углеродом до концентрации 0,8% и при А1=727 °С претерпевает эвтектоидное превращение.
Данная часть диаграммы включает сплавы с содержанием углерода более 2,14%. Она характерна тем, что сплавы указанных концентраций претерпевают эвтектическую кристаллизацию при температуре Т=1147 °С , по эвтектической горизонтали ECF.
Сплавы с содержанием углерода более 2,14% называются – чугунами. После первичной кристаллизации структура таких сплавов состоит из ледебуритной эвтектики и из образований аустенита или цементита (содержат максимальное количество углерода в растворе).
Наиболее характерные сплавы:
Сплав I – доэвтектический чугун с содержанием углерода менее 4,3%. Жидкий сплав затвердевает при постоянной Т=1147 °С с образованием ледебурита и цементита.После затвердевания доэвтектический чугун имеет структуру: аустенит+ледебурит А+Цэ (или А+Л).
Сплав II – эвтектический чугун с содержанием углерода 4,3%. Полностью кристаллизуется при эвтектической Т=1147 °С с образованием ледебурита. После затвердевания чугун состоит только из эвтектики А+Цэ или Л.
Сплав III – заэвтектический чугун с содержанием углерода более 4,3%. После достижения Т2=1147 °С жидкая часть сплава кристаллизуется образованием эвтектики – ледебурита. После затвердевания сплав состоит из первичного цементита и ледебурита ЦI+Л. При охлаждении ниже 1147 °С будет происходить вторичная кристаллизация и структура будет изменяться следующим образом:
1147-727 °С концентрация С уменьшается в аустените от 2,14-0,8% по линии ES. В этом интервале аустенит обедняется С и образуется высокоуглеродистая фаза-цементит вторичный Fe3C II или ЦII.
После охлаждения до 727 °С структура чугунов будет следующей:
-доэвтектический чугун П+Ц II+Л
-эвтектический чугун Л
- заэвтектический чугун Ц I+Л
Таким образом, диаграмма состояния системы «железо-цементит» занимает особое место в металловедении, так как она является базой для анализа формирования структуры самых распространенных промышленных сплавов – сталей и чугунов.
Проф., д.т.н. Чуманов И.В.
Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fe3C)
2016
История
Начало изучению диаграммы железо — углерод было положено работой Д. К. Чернова, опубликованной в 1868 г.
В этой работе Чернов впервые указал на существование в стали критических точек и на зависимость их положения от содержания углерода. Тем самым, Чернов дал первое представление о диаграмме железо — углерод.
Рисунок 1 – Д. К. Чернов, русский учёный-металлург
Кривая охлаждения
При 768 °С на кривой охлаждения имеет место остановка, но она связана не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств.
Выше 768 °С железо немагнитно, немагнитное α-железо обозначает β-железо.
Ниже 768 °С железо ферромагнитно или магнитно, т.е. способно намагничиваться.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Микроструктура состоит из однородных зерен. Феррит высокопластичен, хорошо обрабатывается в холодном состоянии. На диаграмме обозначается буквой Ф или α.
Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе с содержанием углерода до 2,14%. Микроструктура состоит из однородных полиэдрических зерен, характеризуется Аустенит высокопластичен, но более тверд, чем феррит (160…200 НВ). На диаграмме обозначается буквой А или γ.
Цементит – химическое соединение железа с содержанием углерода 6,67%. Имеет высокую твердость (больше 800 НВ), но в тоже время очень хрупок, т.е. практически имеет нулевую пластичность. На диаграмме обозначается буквой Ц.
Графит – аллотропическая модификация углерода. Химически стойкий с высокой электропроводностью. На диаграмме обозначается буквой Г.
Перлит – мех. смесь феррита и цементита, содержащая 0,83% углерода. Образуется при распаде аустенита (Т=727°С). Обладает высокой прочностью, твердостью и соответственно повышает мех. свойства сплава. На диаграмме состояния обозначается буквой П.
Ледебурит – мех. смесь аустенита и цементита, образуется при кристаллизации сплава с 4,3% углерода при Т=1147°С(1130°С). Обладает высокой твердостью. На диаграмме состояния обозначается буквой Л.
| Феррит, Ф | т.р. С в α-железе | раст. С до 0,1% | НВ 80…120 |
| Аустенит, А | т.р. С в γ-железе | раст. С до 2,14% | НВ 160…200 |
| Цементит, Ц | х.р. Fe3C | С, 6,67% | НВ 800 |
| Перлит, П | м.с.Ф+Ц | С, 0,83% | НВ 200 |
| Ледебурит, Л | м.с.А+Ц | С, 4,3% | НВ 700 |
Левая верхняя часть диаграммы состояния
Кристаллизация сплавов с содержанием углерода до 0,5% начинается по линии ликвидуса АВ с выделением из жидкого металла кристаллов феррита.
При температуре 1499°С (горизонталь НJB) происходит периктеческое превращение между жидкой фазой (L) состава точки B (0,5% С) и ферритом состава точки Н (0,1% С).
В результате этого взаимодействия образуется аустенит состава точки J (0,16% С): LB,0.5+ФH,0.1 AJ,0.16
В этом участке диаграммы могут кристаллизоваться следующие сплавы:
Сплав I– с содержанием углерода менее 0,1% начинает кристаллизоваться при температуре Т1 с выделением из жидкого сплава кристаллов феррита. При Т2 кристаллизация заканчивается. В интервале температур Т2-Т3 феррит охлаждается без изменения превращений. При Т3 начинается перекристаллизация вследствие полиморфного превращения феррита в аустенит, которая заканчивается при Т4. Ниже Т4 сплав состоит из аустенита.
Сплав II – с содержанием углерода более 0,1%, но менее 0,16% начинает кристаллизоваться при Т1. В интервале температур Т1-Т2 из жидкого сплава выделятся кристаллы феррита. При 1499 °С сплав состоит из феррита состава точки Н (0,1% С) и жидкой фазы состава точки В (0,5% С). Между фазами при Т=const и неизменной концентрации фаз происходит перитектическая реакция с образованием аустенита сплава состава точки J (0,16% С).
Сплав III – с содержанием углерода 0,16%. Начинает кристаллизоваться при Т1 с выделением феррита. Кристаллизация протекает в интервале температур Т1-Т2. При Т2 происходит перитектическая реакция между ферритом (0,1%С) и жидким сплавом (0,5% С). Обе фазы полностью израсходуются и по окончании реакции сплав будет состоять только из аустенита (0,16% С).
Левая нижняя часть диаграммы состояния
В данной части диаграммы происходит эвтектоидное превращение (727 °С, линия PSK). Превращение начинается в распаде тв. раствора – аустенита состава точки S (0,8%С) на смесь двух фаз: феррита, состав которого отвечает точке P (0,025% С) и цементита Fe3C (точка К, 6,67% С):
AS, 0.8 ФP,0.025 + Fe3C6.67
Точка S называется эвтектоидной точкой и показывает минимальную Т существования аустенита (727 °С). При этой Т начинается эвтектоидный распад аустенита, образование феррита и цементита. Образовавшуюся при распаде тв. раствора смесь кристаллов новых фаз называется эвтектоидной. В результате данного превращения получают эвтектоидную смесь (Ф+Fe3C) называемую перлитом.
Наиболее характерные сплавы:
Сплав I – содержание углерода менее 0,025% ( техническое железо). Сплав состоит из феррита и третичного цементита Ф+ЦIII (или Fe3C III).
Сплав II – доэвтектоидная сталь. По достижении температуры А1=727 °С оставшийся аустенит с содержанием углерода до 0,8% (точка S) распадается с образованием эвтектоида Ф+П (Ф+Ц)+Ц III.
Сплав III – эвтектоидная сталь с содержанием углерода 0,8%. Выделившийся из феррита при охлаждении третичный цементит в структуре стали виден не будет, т.к. он присоединяется к цементиту, входящему в перлит, и после полного охлаждения структуры будет состоять только из перлита.
Сплав IV – заэвтектоидная сталь с содержанием углерода более 0,8%. В интервале температур критических точек Аст-А1 из аустенита выделяется углерод, который образует вторичный цементит Ц II (или Fe3C II). Аустенит обедняется углеродом до концентрации 0,8% и при А1=727 °С претерпевает эвтектоидное превращение.
Правая часть диаграммы состояния
Данная часть диаграммы включает сплавы с содержанием углерода более 2,14%. Она характерна тем, что сплавы указанных концентраций претерпевают эвтектическую кристаллизацию при температуре Т=1147 °С , по эвтектической горизонтали ECF.
Сплавы с содержанием углерода более 2,14% называются – чугунами. После первичной кристаллизации структура таких сплавов состоит из ледебуритной эвтектики и из образований аустенита или цементита (содержат максимальное количество углерода в растворе).
Наиболее характерные сплавы:
Сплав I – доэвтектический чугун с содержанием углерода менее 4,3%. Жидкий сплав затвердевает при постоянной Т=1147 °С с образованием ледебурита и цементита.После затвердевания доэвтектический чугун имеет структуру: аустенит+ледебурит А+Цэ (или А+Л).
Сплав II – эвтектический чугун с содержанием углерода 4,3%. Полностью кристаллизуется при эвтектической Т=1147 °С с образованием ледебурита. После затвердевания чугун состоит только из эвтектики А+Цэ или Л.
Сплав III – заэвтектический чугун с содержанием углерода более 4,3%. После достижения Т2=1147 °С жидкая часть сплава кристаллизуется образованием эвтектики – ледебурита. После затвердевания сплав состоит из первичного цементита и ледебурита ЦI+Л. При охлаждении ниже 1147 °С будет происходить вторичная кристаллизация и структура будет изменяться следующим образом:
1147-727 °С концентрация С уменьшается в аустените от 2,14-0,8% по линии ES. В этом интервале аустенит обедняется С и образуется высокоуглеродистая фаза-цементит вторичный Fe3C II или ЦII.
После охлаждения до 727 °С структура чугунов будет следующей:
-доэвтектический чугун П+Ц II+Л
-эвтектический чугун Л
- заэвтектический чугун Ц I+Л
Заключение
Таким образом, диаграмма состояния системы «железо-цементит» занимает особое место в металловедении, так как она является базой для анализа формирования структуры самых распространенных промышленных сплавов – сталей и чугунов.