Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо - углерод

Рис. 1. Диаграмма состояния железо – цементит (Fe-Fe3C)
Диаграмма состояния железо – цементит (Fe-Fe3C) рассматривает процессы кристаллизации железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна) и превращения в их структурах при медленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры.
Диаграмма (рис.1) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С).
Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% - чугуном.
Диаграмма состояния Fe-Fe3C представлена в упрощенном виде.
Рассматривая структурные превращения в стали, стоит обратить внимание на то, что основными являются три структуры, а переход их из одной в другую характеризуют основные превращения.
Основные структуры:
аустенит (А) – твердый раствор углерода в γ-железа Feγ(C);
мартенсит (М) – твердый раствор углерода в α-железа Feα(C);
перлит (П) – эвтектоидная смесь из одновременно образующихся феррита и карбида Feα + Fe3C (ничтожно малой равновесной растворимостью углерода в феррите пренебрегаем).
Первичная кристаллизация, т. е. затвердевание жидкого сплава, начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса ACD.
Точка А на этой диаграмме соответствует температуре 1539°С плавления (затвердевания) железа, точка D – температуре ~1600°С плавления (затвердевания) цементита.
Линия солидуса AECF соответствует температурам конца затвердевания.
При температурах, соответствующих линии АС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии CD - цементит, называемый первичным цементитом.
В точке С при 1147°С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит (первичный), образуя эвтектику - ледебурит.
При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окончательно затвердевают с образованием аустенита.
На линии солидуса ECF сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердевают с образованием эвтектики (ледебурита) и структур, образовавшихся ранее из жидкого сплава, а именно: в интервале 2,14-4,3% С - аустенита, а в интервале 4,3-6,67% С - цементита первичного (см. рис. 1).
В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14%, т . е. в сталях, образуется однофазная структура - аустенит.
В сплавах с содержанием углерода более 2,14%, т. е. в чугунах, при первичной кристаллизации образуется эвтектика ледебурита.
Вторичная кристаллизация (превращение в твердом состоянии) происходит при температурах, соответствующих линиям GSE, PSK и GPQ.
Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной аллотропической модификации в другую (γ в α) и в связи с изменением растворимости углерода в аустените и феррите.
С понижением температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цементита.
По линии ES (от 1147 °С до 727 °С) начинается выделение цементита вторичного (ЦII) из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.
Ниже линии ES находятся в равновесии две структурные составляющие – аустенит и цементит вторичный.
В зоне ниже линии ЕС сплав состоит из аустенита, вторичного цементита и ледебурита, в зоне ниже линии CF — из первичного цементита и ледебурита. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой точке этой линии происходит образование эвтектики–ледебурита. Линии GS и GP соответствуют температурам начала и конца полиморфного превращения аустенита в феррит при охлаждении и феррита в аустенит при нагревании сплавов. При этом концентрация углерода в феррите меняется по линии GP, а в аустените – по линии GS.
При температуре 727 °С, соответствующей линии PSK, происходит эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит состава точки S (0,8 % С), распадается на эвтектоидную смесь феррита состава точки Р (0,02 % С) и цементита (АS ↔ ФР + ЦK), которая называется перлитом П(Ф+Ц).
Линия PSK называется эвтектоидной. При температурах ниже линии РQ начинается выделение углерода из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.
Выделившийся углерод взаимодействует с основой (железом) сплава и образуется цементит третичный (ЦIII).
Кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 6%
Сплав, содержащий 6% углерода  является заэвтектическим сплавом (заэвтектичным чугуном).
Рассмотрим построение кривой охлаждения (см