Общая характериcтика диаграммы Fe – C. Образование перлита (перлитное превращение)

1.

Диаграмма Fe – C

2.

Характеристика диаграммы железо-углерод (Fe – C)
Компоненты:
Fe – C
Fe3C
1) Fe (железо)-Fe3C (цементит) – Метастабильная диаграмма – сплошная линия
графит
2) Fe (железо) -Cгр (графит) – Стабильная диаграмма – пунктирная линия
Железо
Tпл
A3 g
Общий вид фазовой диаграммы Fe – C
Fe3C,
Цементит
1539 оС
g 1392 оС
Температура, оС
A4 d
t
Fe3C → Fe +Cгр
a
(ОЦК)
(ГЦК)
911 оС
768 оС
Магнитное
превращение
(ОЦК)
Полиморфные модификации и
полиморфные превращения в Fe
Fe
Железо
л е в а я:
Чистое железо - Fe
Вертикальные оси
п р а в а я: Цементит или карбид железа
- Fe3C (химическое соединение)
2

3.

ФАЗЫ
• Жидкая фаза
Фазы диаграммы Fe–Fe3C
• Твердые фазы
Феррит (α): ОЦК
Аустенит (γ): ГЦК
δ-Феррит (δ): ОЦК
Твердые растворы внедрения C (α, δ, γ) различной растворимости
Цементит Fe3C
Жидкий однородный раствор С в Fe
PQ
ES
NH
Линии ограничения
растворимости
Fe3C (карбид железа или цементит)
• Метастабильное химическое соединение, стабильно
при комнатной температуре, но распадается на α-Fe и
Cгр в процессе выдержки при высоких температурах:
Fe3C Fe +Cгр
δ – δ-феррит – твердый раствор C в δ-Fe с ОЦК
решеткой
• Такая же структура, как у феррита
• Стабилен только при температуре
выше1392 °C (т. N)
• Максимальная растворимость C – 0.1 %
при 1499 oC (т. H)
γ – Аустенит – твердый раствор C в g-Fe с ГЦК
решеткой
• Максимальная растворимость C – 2.14 %
при 1147 ° C
• Распадается при температуре
эвтектоидного превращения (727 ° C)
α – Феррит – твердый раствор C в a-Fe с ОЦК
решеткой
• Равновесная фаза Fe-C сплавов при
комнатной температуре
• Максимальная растворимость C – 0.025 %
при 727 oC
3

4.

Эвтектическое и эвтектоидное превращения в системе Fe–Fe3C
•Эвтектическое превращение:
L (4.30 % C ) → γ (0.8 % C) + Fe3C (6.67 % C)
Состав, ат. % С
•Эвтектоидная точка S:
0.8 % C, 727 °C
A
B
L
N
1392 оС
D
Структура:
Перлит = чередующиеся пластинки
Температура, оС
L+ Fe3C
Эвтектоидное превращение
очень важно для термической
обработки стали
феррита и цементита
1499 оС
H
J
•Эвтектоидное
превращение:
γ (0.8 % C) →
α (0.025 % C) + Fe3C (6.67 % C)
Fe3C,
Цементит
1539 оС
γ, Аустенит
G
F
C
E
911 оС
Температура, оF
2 важных
точки
Структура:
Ледебурит = смесь аустенита и цементита (выше 727 оС),
перлита и цементита (ниже 727 оС),
•Эвтектическая точка C:
4.30 % C, 1147 °C
727 оС
P
K
S 0.8
0.025
α, Феррит
Цементит
(Fe3C)
Q 0.008
L
Состав, вес. % С
•Стали (0.025-2.14 % C)
6.67
•Белый чугун (> 2.14 % C)
4

5.

Образование перлита
(перлитное превращение)
Граница зерен аустенита
•При медленном охлаждении в
сплавах при температуре нижней
критической точки А1,
соответствующей 727 оС, происходит
эвтектоидное превращение или
распад аустенита (А) на эвтектоидную
смесь 2-х фаз: феррита (Ф) и
цементита (Ц)
АS
→ ФР
+
ЦК
Цементит
γ-Fe(C)0,8 → α-Fe(C)0,025 + Fe3C6,67
П
• Превращение похоже на
эвтектическое, но протекает в твердом
состоянии
•В результате формируется перлит –
пластинчатая структура из
чередующихся кристаллов двух фаз:
феррита и цементита (Fe3C)
Феррит
Аустенит
Аустенит
Феррит
Феррит
Феррит
Направление
роста перлита
Диффузия углерода
Перлитная колония
5

6.

Формирование микроструктуры сплавов системы Fe–Fe3C
(1499oC)
(1392oC)
Перлит +
цементит
Перлит
Перлит
Перлит++
феррит
феррит
0.80 %
Цементит + ледебурит
Ледебурит
(911oC)
2.14 %
Аустенит + цементит
+ ледебурит
727oC)
(727
Цементит + перлит + превращенный
ледебурит
6

7.

Структурная диаграмма сплавов сиcтемы Fe–Fe3C
1147 оС
Аустенит
Перлит
727 оС
Аустенит +
цементит
вторич.
Перлит
Перлит
+ цементит
+ цементит
вторичный
A1
911
Превращение
аустенита в перлит
Цементит + перлит
+ превращенный
ледебурит
Точка Кюри Fe3C
0
Цементит
Аустенит (первич.) +
ледебурит + цементит
A3
Феррит
1392
1147
Аустенит + феррит
Точка Кюри феррита
Перлит +
феррит
1499
Цементит
первичный +
ледебурит
768
727
Температура, оС
Аустенит +
жидкость
Начало
кристаллизации
первичного
цементита
Начало
кристаллизаци
и первичного
аустенита
Цементит
первич.+
жидкость
Ледебурит
Температура, оF
Жидкость
(расплав)
A
3
A
Цементит +
превращенный
ледебурит
2.14
6.67
доэвтектический 4.3
заэвтектический
доэвтектоидная
заэвтектоидная
БЕЛЫЙ ЧУГУН
СТАЛЬ
эвтектический
эвтектоидная
Содержание углерода, вес. %
7

8.

Схема использования сплавов системы Fe–Fe3C с разной структурой
и
Жидкость
Первичный
цементит
Аустенит
Жидкость
Аустерит
Аустенит
Вторичный
Cцементит
II
Аустерит
Феррит
Ледебурит
Вторичный
цементит
Феррит
Перлит
Вторичный
цементит
Перлит
Перлит
Вторичный
цементит
Ледебурит
Ледебурит
Первичный цементит
Ледебурит
Ледебурит
Температура, оС
Жидкость
Первичный цементит
Ледебурит
Содержание углерода, %
Штампованные
детали
Крепеж,
шестерни
Пружины
Инструмент
Валки
Литье
Для переработки
8