Диаграмма состояния Fe-C сплавов

16.10.2019

Диаграммы состояния являются диаграммами равновесия, а следовательно, термодинамическими характеристиками, определяющими состав и количество (объем) составляющих в зависимости от температуры в условиях равновесия и плоской поверхности фаз без учета поверхностной энергии. Однако, исходя из практических соображений, превращения в Fe — С сплавах обычно изображаются наложенными друг на друга двумя диаграммами (рис. 1): графитной (стабильной Fe-C) и цементитной (метастабильной Fe—Fe3C). Последняя, хотя и является только условно равновесной, все же во многих случаях может практически считаться вполне устойчивой. Такие системы термодинамика правомочна рассматривать, если реакция, в отношении которой система условно равновесна (в данном случае это реакция распада карбидов), не протекает с заметной скоростью в рассматриваемых условиях.

Диаграммы на рис. 1 и 2 построены на основе новейших данных и изображают два крайних случая: истинно равновесное состояние с кристаллизацией углерода только в свободном состоянии в виде графита (Г) и условно равновесное метастабильное состояние с кристаллизацией углерода полностью в связанном состоянии в виде цементита. (Ц). Промежуточные состояния, как неравновесные даже в условном значении этого слова, естественно, не представлены на диаграмме состояния, несмотря на их практическое значение.

Как видно из более полной диаграммы (в пределах до 100% С и до 4000° С), построенной А.А. Вертманом, В.К. Григоровичем и другими (рис. 2), в сплавах с высоким содержанием углерода не удается зафиксировать закалкой из жидкого состояния наличие каких-либо первичных карбидов. Метастабильные же формы эвтектики и эвтектоида при этом фиксируются по крайней мере до исследованных пределов содержания углерода (27% вес.). Это объясняется большей склонностью эвтектики и тем более эвтектоида к метастабильной кристаллизации.

К чугунам относятся Fe — С сплавы с эвтектическим превращением, располагающиеся, следовательно, правее точек E и E' диаграммы состояний. В зависимости от расположения по отношению к эвтектической точке (С и С') чугуны классифицируются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. С увеличением содержания углерода в доэвтектических чугунах интервал кристаллизации уменьшается, в заэвтектических же чугунах он, наборот, увеличивается. Конец кристаллизации чугунов всегда характеризуется эвтектическим превращением, так что в общем случае структура его состоит из первичной фазы (аустенита, графита или цементита) и эвтектики; которая в случае цементитной системы чаще всего носит название — ледебурит. Количество и соотношение между фазами в условиях равновесия (стабильного или метастабильного) определяются из диаграммы состояния по правилу отрезков. Например:

где А и Э — количество аустенита и эвтектики;

X — содержание углерода в сплаве;

С, E и С', E' — содержание углерода в соответствующих точках диаграммы состояния.

Сама эвтектика состоит из аустенита и графита или цементита, соотношение между которыми в условиях равновесия тоже определяется по правилу отрезков

где Г и Ц — означают количество графита и цементита;

F, F', С, С' — содержание углерода в соответствующих точках диаграммы состояний.

При охлаждении в твердом состоянии из аустенита вследствие понижения растворимости продолжает выделяться избыточный углерод. В связи с этим по линии ES выделяется графит, по линии E'S' — цементит. При достижении же эвтектоидных линий PSK или P'S'К' этот процесс сопровождается превращением с образованием стабильного (феррит графит) или метастабильного (перлит = феррит + цементит) эвтектоида. Соотношение между фазами эвтектоидов рассчитывается по тому же правилу:

где Ф — количество феррита (в стабильном эвтектоиде его 99,3%, в перлите — 88,5%).

При дальнейшем охлаждении в подкритической области из феррита выделяются уже весьма небольшие количества углерода по линиям PQ и P Q'. Следует подчеркнуть, что приведенные расчеты справедливы только для случаев равновесия, в реальных же условиях соотношения между фазами могут значительно отличаться от указанных.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна