ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО—УГЛЕРОД

В диаграмме состояния железо—углерод (цементит) рассматриваются процессы кристаллизации, протекающие в железоуглеродистых сплавах (стали и белом чугуне), и превращения в их структурах, полученные при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры (рис. 10). По  вертикали откладывают температуру, по горизонтали — концентрацию углерода от 0 до 6,67% (более 6,67% углерода в железе не растворяется). Сплавы, содержащие углерода до 2,14%,—это сталь, а от 2,14 до 6,67% — чугун. Кристаллизация всех железоуглеродистых сплавов начинается при температурах, лежащих на линии АСБ (ликвидус). По линии АС кристаллизуется аустенит А, по линии СО — цементит первичный Ц1. Линия АЕСР является солидусом, ниже этой линии все сплавы железа с углеродом находятся в твердом состоянии. После затвердевания в железоуглеродистых сплавах образуются различные структуры. В чугуне образуется механическая смесь кристаллов аустенита и цементита Ц1. Чугун, содержащий 4,3% углерода, кристаллизуется при одной температуре 1147° С. Его структура представляет равномерную механическую смесь аустенита и цементита Ц1.

Такой чугун называется эвтектическим или ледебуритным Л. Чугуны, содержащие менее 4,3% углерода, называются доэвтек-тическими, их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии АС, с выделением аустенита, и кончается при температурах, лежащих на линии ЕР, при этом образуются структуры Л + А -+* 4- ЦП. ЦП при понижении температуры выделяется из аустенита. При дальнейшем понижении температуры из аустенита продолжает выделяться цементит ЦП и, когда его остается 0,8%, при температуре 727° С аустенит переходит в перлит П. Таким образом, в до-эвтектических чугунах при полном медленном охлаждении образуются структуры Л + П + ЦП. Чугуны, содержащие более 4,3% углерода, называются заэвтектическими. Их кристаллизация начинается на линии СО с выделением цементита первичного и заканчивается на линии СР. При полном медленном охлаждении в заэвтектических чугунах образуется структура Л + ЦР Следует отметить, что в составе ледебурита при температуре ниже 727° С аустенит переходит в перлит. В практике большое значение имеют доэвтектические чугуны. Они служат для получения ковкого чугуна, о котором будет коротко рассказано ниже. Главную роль в процессах термической обработки стали играют структурные превращения. В результате затвердевания в стали образуется аустенит. При понижении температуры аустенит претерпевает вторичную кристаллизацию, связанную с изменением формы кристаллической решетки и растворимостью углерода, т. е. с выделением из аустенита феррита и цементита вторичного. В точке 5, соответствующей содержанию углерода 0,8%, при 727° С аустенит распадается и образуется равномерная смесь феррита с цементитом — перлит П.

Эта сталь называется эвтектоидной. Сталь, содержащая менее 0,8% углерода, называется доэвтек-тоидной, а более 0,8% — заэвтектоидной. Распад аустенита в доэвтектоидной стали начинается при температурах, лежащих на линии 0′5, с выделением феррита Ф. При дальнейшем понижении температуры концентрация углерода в оставшемся аустените возрастает, и когда она достигает 0,8%, при 727° С аустенит переходит в перлит. Таким образом, в доэвтектоидной стали при полном медленном охлаждении получают структуры Л + Ф. В заэвтектоидной стали начало распада аустенита идет по линии 55 с выделением ЦП. Когда остается 0,8% углерода, он при 727° С переходит в перлит. Таким образом, в заэвтектоидной стали при полном медленном охлаждении получаются структуры П -ь» 4- ЦП. Линия 08Е называется линией верхних критических точек или линией начала распада аустенита (при охлаждении). Эта линия на диаграмме обозна-, чается Лез при нагревании и Ан при охлаждении. Линия (727° С) называется линией нижних кри- тических точек, линией конца распада аустенита при охлаждении или линией перлитных превращений. На диаграмме она обозначается Ас\ при нагреве и Аг% при охлаждении. Диаграмма железо—углерод имеет важное практическое значение, так как на превращениях в структурах стали и чугуна основана термическая обработка, а термическая обработка изменяет и улучшает свойства сплавов. Подробно диаграмма железо—углерод рассматривается в гл. 4 (рис. 18).