Układ równowagi żelazo-cementyt
Układ równowagi Fe-Fe3C przedstawiony na rys. 7.3 obejmuje stopy żelaza z węglem do zawartości 6,67% węgla, co odpowiada zawartości węgla w cementycie. Dalsza część układu równowagi nie została dokładnie zbadana, ponieważ stopy o większej zawartości węgla nie przedstawiają praktycznie znaczenia, a badanie ich jest utrudnione. Podana postać układu jest wynikiem badań wielu uczonych, które zapoczątkował uczony rosyjski D. K. Czernow w 1868 r., wykrywając temperatury krytyczne stali i ich zależność od zawartości węgla. Zestawienie charakterystycznych punktów układu żelazo-cementyt wraz z odpowiadającymi im współrzędnymi według obecnie podawanych wartości zawiera tabl. 7.1.
Tablica 7.1 Współrzędne punktów w układzie żelazo-cementyt
| Oznaczenie punktu w układzie | Temperatura °C |
Zawartość węgla % |
|---|---|---|
| A | 1538 | 0 |
| B | 1495 | 0,5 |
| C | 1148 | 4,3 |
| D | 1227 | 6,67 |
| E | 1148 | 2,11 |
| F | 1148 | 6,67 |
| G | 912 | 0 |
| H | 1495 | 0,10 |
| J | 1495 | 0,17 |
| K | 727 | 6,67 |
| M | 770 | 0 |
| N | 1394 | 0 |
| O | 770 | 0,6 |
| P | 727 | 0,02 |
| R | 20 | 0,008 |
| S | 727 | 0,8 |
Na podstawie przedstawionego układu równowagi Fe-Fe3C dzieli się stopy żelaza z węglem na stale zawierające do 2% węgla (punkt E — obecnie ściślej 2,11%) oraz żeliwa (surówki) o zawartości 2,0 ÷ 6,67% węgla. Składniki strukturalne, występujące w poszczególnych polach układu, zaznaczono bezpośrednio na rys. 7.3.
W stopach żelazo-cementyt w stanie równowagi występują następujące składniki strukturalne:
1. Ciekły roztwór węgla w żelazie.
2. Ferryt; jest to roztwór stały węgla w żelazie α krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. Jest to prawie czyste żelazo; rozpuszczalność węgla w żelazie α w temperaturze eutektoidalnej (727°C) wynosi 0,02%, a w temperaturach normalnych – 0,008%. Do temperatury 770°C ferryt jest ferromagnetyczny, a w wyższych temperaturach jest paramagnetyczny. W układzie żelazo-cementyt występują dwa obszary ferrytu, tj. na lewo od linii GPR oraz w wyższych temperaturach na lewo od linii AHN; jest to ferryt δ.
3. Austenit; jest to roztwór stały węgla w żelazie γ, krystalizujący w układzie regularnym płasko centrowanym, jak to przedstawiono na rys. 5.13; maksymalna rozpuszczalność węgla w żelazie γ w temperaturze 1148°C wynosi około 2,11% z obniżeniem temperatury zmniejsza się do 0,8% w 727°C. W stalach węglowych austenit jest trwały powyżej 727°C; jest paramagnetyczny.
4. Cementyt; rozróżnia się następujące rodzaje cementytu: pierwotny krystalizujący z roztworu ciekłego węgla w żelazie zgodnie ze zmianą rozpuszczalności według linii DC, wtórny — wydzielający się w stanie stałym z austenitu wskutek malejącej rozpuszczalności węgla w żelazie γ według linii ES i trzeciorzędowy — wydzielający się z ferrytu na skutek malejącej rozpuszczalności węgla w żelazie α według linii PR.
5. Perlit; jest to eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu, zawierająca 0,8% węgla (tj. 87% ferrytu oraz 13% cementytu). Powstaje z rozkładu austenitu w temperaturze 727°C. W stalach wolno chłodzonych ma on budowę pasemkową w postaci na przemian ułożonych płytek ferrytu i cementytu.
6. Ledeburyt; jest to eutektyczna mieszanina austenitu i cementytu, tworząca się przy krzepnięciu z cieczy o zawartości 4,3% węgla w temperaturze 1148°C. Po ochłodzeniu do temperatury 727°C austenit ledeburytu przemienia się w perlit, tak że poniżej tej temperatury występuje mieszanina perlitu i cementytu, przy czym zasadniczy charakter ledeburytu zostaje zachowany; taka eutektyka nosi nazwę ledeburytu przemienionego.
Rys. 7.3. Układ równowagi żelazo-cementyt
Oznaczenie linii na wykresie układu równowagi żelazo-cementyt przedstawia się następująco:
AB — likwidus, początek wydzielania się kryształów ferrytu δ, określa zmienną zawartość węgla w fazie ciekłej na skutek krystalizacji ferrytu δ;
BC — likwidus, początek wydzielania się kryształów austenitu, określa zmienną zawartość węgla w fazie ciekłej na skutek krystalizacji austenitu;
DC — likwidus, początek wydzielania się cementytu pierwotnego, określa zmienną zawartość węgla w fazie ciekłej na skutek krystalizacji cementytu;
AH — solidus, koniec krzepnięcia ferrytu δ, określa skład chemiczny kryształów ferrytu δ;
H B — linia przemiany perytektycznej:
JE — solidus, koniec krzepnięcia austenitu, określa skład chemiczny kryształów austenitu;
DF — solidus, odpowiadający wydzielaniu się z cieczy kryształów cementytu pierwotnego;
ECF — linia krzepnięcia eutektyki ledeburytycznej:
HN — początek przemiany alotropowej ferrytu δ w austenit, określa zmienną zawartość węgla w ferrycie na skutek krystalizacji austenitu;
JN — koniec przemiany ferrytu δ w austenit, charakteryzuje zmienną zawartość węgla w austenicie na skutek przemiany ferrytu w austenit;
ES — początek wydzielania się cementytu wtórnego, określa zmienną zawartość węgla w austenicie na skutek krystalizacji cementytu;
GOS — początek przemiany alotropowej austenitu w ferryt, określa zmienną zawartość węgla w austenicie na skutek krystalizacji ferrytu; w zakresie GO wydziela się ferryt paramagnetyczny, a w zakresie OS — ferryt ferromagnetyczny;
MO — linia przemiany magnetycznej ferrytu;
GP — koniec przemiany alotropowej austenitu w ferryt, określa zmienną zawartość węgla w kryształach ferrytu, powstających w wyniku przemiany alotropowej;
PSK — linia przemiany eutektoidalnej (perlitycznej):
PR — początek wydzielania się cementytu trzeciorzędowego, określa zmienną zawartość węgla w ferrycie na skutek wydzielania się cementytu trzeciorzędowego.
Wyszukiwarka