Основные точки диаграммы железо-углерод

Характеристика основных точек и линий диаграммы железо-углерод

Все точки диаграммы железо-углерод имеют определенный физический смысл и общепризнанные в мировой практике буквенные обозна­чения. Знание основных свойств и характеристик этих точек облегчает пониманиедиаграммы и ее практическое использование. Ниже приведе­ны краткие характеристики точек и линий диаграммы.

А – точка, соответствующая плавлению – кристаллизации чистого железа. Температура, отвечающая этой точке 1539 °С. Число сте­пеней свободы в этой точке равно нулю. На термических кривых для чистого железа температуре точки А соответствуют горизонтальные площадки, которые возникают за счет выделения скрытой теплоты крис­таллизации. Переход из твердого в жидкое состояние, соответствую­щий точке А, сопровождается резким увеличением объема (около 6%), связанным с нарушением дальнего порядка в кристаллическом строении d-железа. При кристаллизации чистого железа в этой точке наблю­даются обратные явления.

В – точка предельного насыщения железом жидкого раствора, на­ходящегося в равновесии одновременно с кристаллами d- и g-твердых растворов при перитектической температуре. Точке В соответствует содержание углерода в жидкости 0,51%, температура 1496 °С.

С – эвтектическая точка в метастабильной системе Fe – Fe₃C. Температура 1147 °C, концентрация углерода, соответствующая точке С – 4,3% – это содержание углерода в жидком растворе, находящемся в равновесии одновременно с аустенитом и цементитом при эвтектичес­ком превращении. Число степеней свободы, соответствующее этой точке, равно нулю. На термических кривых охлаждения и нагрева точке С со­ответствуют горизонтальные площадки, аналогичные площадкам плавле­ния – кристаллизации чистого железа.

С¢ – эвтектическая точка в стабильной системе железо-графит. Температура, соответствующая точке 1153 °С, концентрация углерода – 4,25%–это содержание углерода в жидкости, находящейся в равнове­сии с аустенитом и графитом при эвтектической кристаллизации. Как и в точке С, в данной точке система нонвариантна.

D – согласно принятым обозначениям точку D относят к температу­ре плавления цементита. Однако известные данные свидетельствуют о том, что цементит представляет собой термодинамически неустойчи­вую фазу, в связи с чем, перед плавлением он разлагается на железо и графит. При этом положение точки D на диаграмме оказывается не­определенным.

D¢ – точка, соответствующая температуре плавления графита (около 4000°С).

Е – точка, отвечающая предельному содержанию углерода в аусте­ните, находящемся в равновесии с цементитом и жидкостью при эвтек­тической температуре (1147 °С) в метастабилъной системе. Значение содержания углерода 2,14%. Точка Е на концентрационной оси диа­граммы является своеобразной границей между сталями и чугунами. При содержании углерода в сплавах меньше 2,14% в их структуре отсутствует ледебурит; при содержании углерода более 2,14% ледебурит присутствует в структуре сплавов. Это – важнейшая структурная составляющая чугунов.

Е¢ – точка, отвечающая предельному содержанию углерода в аустените, находящемся в равновесии с графитом и жидким раствором при эвтектической температуре (1153 °С) в стабильной системе. Значение содержания углерода, соответствующего этой точке, равно 2,03 %.

F – точка предельного насыщения цементита железом при эвтекти­ческой температуре (1147°С). Значение концентрации углерода, соот­ветствующее точке F, практически близко к 6,67%, хотя последние работы показывают наличие некоторой весьма малой растворимости железа в цементите.

F¢ – точка предельного насыщения графита железом при эвтекти­ческой температуре (1153 °С).

G – точка полиморфного превращения в чистом железе a Û g. Температура превращения 911°С. Число степеней свободы системы в этой точке равно нулю. Перестройка кристаллической решетки a ® g сопровождается уменьшением объема, обратный переход g ® a увели­чивает удельный объем образца, что связано с различной плотностью упаковки атомов в гранецентрированной решетке g - железа и объемно-центрированной решетке a - железа. Точка G соответствует для чистого железа критичес­кой точке А₃.

Н – точка предельного насыщения углеродом d-феррита при тем­пературе перитектического превращения. Температура, соответствую­щая этой точке 1496 °С, концентрация углерода 0,10%, что Это соответствует концентрации d-феррита, находящегося в равновесии с аустенитом и жидкостью при температуре перитектики.

I – перитектическая точка, точка трехфазного равновесия, соот­ветствующая равновесной концентрации аустенита, образующегося по перитектичеокой реакции в изотермических условиях из жидкости сос­тава точки В и d-феррита состава точки Н. Температура, в точке I, равна 1496 °С, концентрация углерода 0,16%.

К – точка предельного насыщения железом цементита при эвтектоидной температуре 727°С. Точке практически соответствует кон­центрация 6,67% углерода.

К¢ – точка предельного насыщения железом графита при эвтектоидной температуре (738°С).

М– точка Кюри чистого железа. Температура этой точки 770 °С. Точка соответствует потере ферромагнетизма a-железа при нагреве и восстановлению его ферромагнетизма при охлаждении.

N – точка полиморфного превращения d Û g вчистом железе. Температура превращения 1392 °С. Точка N для чистого железа соответствует критической точке А₄. В этой точке система нонвариантна.

О – точка наибольшей растворимости углерода в аустените, нахо­дящемся в контакте с немагнитным ферритом при температуре 770 °С. Содержание углерода в аустените в этой точке примерно равно 0,5%.

Р – точка предельного содержания углерода в феррите, находя­щемся в равновесии с цементитом и аустенитом при эвтектоидной температуре (727°С). Значение содержания углерода для этой точки 0,02%. Точка Р на концентрационной оси диаграммы отделяет техни­ческое железо от стали. В сталях (содержание углерода выше 0,02%) в качестве структурной составляющей содержится перлит. В техничес­ком железе (содержание углерода не более 0,02%) перлит отсутствует.

S – эвтектоидная точка в метастабильной системе. Температура, соответствующая этой точке, 727 °С, содержание углерода 0,8%.Это содержание углерода в аустените, находящемся в равновесии c ферритом и цементитом при эвтектоидной реакции. Число степеней свободы, как и для других трехфазных реакций в данной системе, равно нулю.

S¢ – эвтектоидная точка в стабильной системе железо-графит. Температура, отвечающая данной точке 738 °С, содержание углерода в аустените, соответствующее точке S¢^ç, равно 0,69%. Это содержание углерода в аустените, находящемся в состоянии равновесия с ферри­том и графитом в момент развития прямого или обратного эвтектоидного превращения. Система в точке S¢^ç -нонвариантна.

Q –точка предельной растворимости углерода в феррите (зна­чение 0,006% при комнатной температуре). Увеличение концентрации углерода в феррите до значений более 0,006% приводит к изменению фазового состава и в первую очередь к появлению в структуре тре­тичного феррита.