Діаграма Fe-Fe3C є характерним прикладом складної системи. Охоплені діаграмою фазові простору містять три перетворення з точками інваріантності (див. Рис. 9.4.1):
1. перитектическая перетворення з перитектической точкою при 0,10% С і 1493 ° C (точка F). При цьому перетворенні з розплаву і первинно виділеного # 948; -твердих розчину (о.ц.к.) утворюється # 947; -твердих розчин (г.ц.к.) по реакції S + # 948; ⇔ # 947 ;.
2. Евтектична реакція між розплавом, # 947; -твердих розчином і Fe3C при 4,3% С і 1147 ° C по реакції S⇔ # 947; + Fe3C (точка С). Евтектікаль, підпорядкована цієї реакції, простягається від 2,06 до 6,7% С, відповідно від 31 до 100% Fe3C. Згідно діаграмі це означає, що при утриманні С≤2% з розплаву виділяється гомогенний # 947; -твердих розчин, максимальна розчинність якого для С в 2% при +1147 ° C зменшується до 0,8% при 723 ° С. З максимальною розчинністю вуглецю в # 947; -твердих розчині при 2% одночасно зв'язуються кордону для сталі (≤2%) і для чавуну (≥2%).
3. Евтектоїдних перетворення # 947; -твердих розчину (аустеніт) в # 945; + Fe3C при 0,8% С і 723 ° C за реакцією # 947; ⇔ # 945; + Fe3C (точка S).
При утриманні С≥2% поряд з первинно виділеним # 947; -твердих розчином залишковий розплав перетворюється в евтектику # 947; + Fe3C, яка при 4,3% утворюється як чиста евтектика і називається також ледебуріта.
Максимальна розчинність # 945; -твердих розчину для З з 0,02% при 723 ° C дуже мала і зменшується далі до змісту ≤0,001% при кімнатній температурі. На великому стрибку розчинності при полиморфном перетворення # 947; -твердих розчину в a-твердий розчин грунтується зміна твердості в результаті фазового перетворення завдяки примусовому розчиненню вуглецю в о.ц.к.-решітці.
Залежно від вмісту вуглецю зображується структура железоуглеродного сплаву завдяки характерній формі і розподілу складових частин фериту (# 945; -твердих розчин) і цементиту (Fe3C) або в стабільній системі графіту (С).
При евтектоїдних перетворенні цементит розташовується у вигляді пластин в чергуванні з шарами фериту. Це обумовлено переважно чергується перетворенням центрів кристалізації і зростання. Завдяки цьому виникає полосчатая складова частина структури, звана перлитом. Ця форма прояву перліту в протравленому шлифе виникає завдяки тому, що при травленні # 945; -твердих розчин сильніше піддається впливу, ніж шари Fe3C, і останні виступають на поверх (рис. 9.4.2). При утриманні С≤0,002% цементит (Fe3C) виділяється при охолодженні нижче 723 ° C у вигляді теоретичного цементиту переважно на кордонах зерен (рис. 9.4.3).
При вмісті від 0,002 до 0,08% С утворюється поряд з первинно утворилися з # 947; -твердих розчинів # 945; -твердих розчинами евтектоїдна суміш з # 945; + Fe3C (перліт) (рис. 9.4.4). Ферит з його максимальної розчинність вуглецю 0,02% зображується на мікрофотографії шліфа як світла структура зерна (див. Рис. 9.4.4). При 0,8% С # 947; -твердих розчин повністю перетворюється в евтектоїдних суміш # 945; + Fe3C в якості перліту (рис. 9.4.5).
Класифікація залізних матеріалів
Як приклад зсуву граничних ліній розділу фаз в схемі Fe-C завдяки легування третім компонентом слід розглянути дію Si (рис. 9.4.12). Граничні лінії фаз помітно зсуваються в системі Fe-C, так що в порівнянні з нелегованої сталлю утворюється значне звуження аустенитной області. Характерними представниками феритних сталей є крем'янисті і хромисті. стали. Відомими аустенітних сталей є марганцеві, нікелеві і хромістонікелевие стали.
Добавка легуючих елементів до стали проявляється взагалі на швидкості фазового перетворення при нагріванні або при охолодженні. Це можна пояснити зміною коефіцієнта дифузії і роботою по освіті зародків (центрів) кристалізації внаслідок легуючих елементів. Решта легуючі елементи стали, за винятком Co, знижують швидкість дифузії вуглецю в залозі і, таким чином, мають наслідком уповільнення дифузійного керованого фазового перетворення аустеніту в ферит / перліт.
Критична швидкість охолодження, необхідна для загартування стали, завдяки цьому знижується і поліпшується прокаліваемость великих поперечних перерізів. Елементами, що поліпшують прокаліваемость, є, зокрема, Ni, Cr і Mo. Ho вуглець діє таким же чином.
Введення в плавку феросиліцію або Ca-Si проміжних сплавів веде до виділення більш дрібного графіту і відповідно до сприятливого дії на опірність розриву. Фосфор має дію, подібну до Si, понад те робить плавку рідшою, але веде в твердому стані також до більшої чутливості до утворення тріщин. Марганець має дію, протилежне дії кремнію, він підвищує міцність і пов'язує частково небажану сірку.
Дія елементів домішки може бути представлено по формулі для ступеня насичення. Ступінь насичення вказує на зсув евтектичною точки по відношенню до розплаву Fe-C завдяки елементам домішки. При евтектичному складі ступінь насичення Sс = 1. При доевтектичний складі Sс≤1, при заевтектичних складі Sс≥1.
Співвідношення для ступеня насичення виражається так:
Завдяки пластинчастим графітовим виділенням створюються піки напруг через микроконцентраций напружень в надрізах, які ведуть до крихкості виливки сірого чавуну. Ця внутрішня концентрація настільки велика, що перекриваються концентрації напруги від зовнішніх надрізів, виливок із сірого чавуну є порівняно нечутливою до зовнішніх надрізів.
Значне поліпшення механічних властивостей, яке може сягати до області сталей, виходить завдяки кулястої формування графіту в так званому чавуні з сфероїдальних виділеннями графіту. Шаровидне виділення графіту викликається шляхом добавки Mg, Ce, Ca в формі проміжних сплавів з Ni і Si.
Передбачається, що це кулясте формування виникає через вплив напруги на межі поділу між # 947; -твердих розчинами і виділяється графітом (рис. 9.4.23).
