Основные виды диаграмм состояния сплавов. Двухкомпонентные диаграммы
Цементит – это карбид железа, химическое соединение с формулой $Fe_3C$.
Вид диаграммы состояния сплава определяется характером взаимодействий, возникающих между его составляющими в твердом и жидком состояниях. Диаграммы состояния сплавов делятся на:
- Однокомпонентная диаграмма, которая представляет собой температурную шкалу с нанесенными на ней точками фазовых превращений.
- Двухкомпонентная диаграмма, на которой кроме оси температуры имеется ось химического состава. Один конец оси химического состава соответствует чистому компоненту А, а другой чистому компоненту В. На данной диаграмме промежуточные точки соответствуют сплавам с различным соотношением составляющих.
- Трехкомпонентная диаграмма состояния имеет вид равносторонней призмы с тремя гранями. Основанием данной призмы является концентрационный треугольник, ребрами - температурные оси.
Двухкомпонентные диаграммы делятся на четыре основных типа. Первый тип диаграммы - для сплавов, которые образуются в результате затвердевания механической смеси. Их составляющие в твердом состоянии нерастворимы, также не образуют химических соединений. Второй тип диаграммы - для сплавов с полной взаимной растворимостью, и в твердом, и в жидком состояниях. Третий тип диаграммы - для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Четвертый тип диаграммы - для сплавов с устойчивым химическим соединением.
Диаграмма состояния системы железо — цементит
Наличие высокоуглеродистых фаз цементита и графита является причиной возникновения двух диаграмм состояния:
- Метастабильной железо – цементит.
- Стабильной – железо – графит.
У цементита свободная энергия всегда больше, чем у графита. Кристаллическое строение аустенита и цементита очень близки, кристаллические структуры графита и аустенита существенно отличаются. Также аустенит гораздо ближе по химическому составу к жидкой фазе: аустенит содержит до 2,14 % углерода, цементит от 2,14 до 6,67 % углерода, а графит - 100 % углерода. Таким образом образование из жидкости или аустенита цементита происходит легче. Пример диаграммы состояния системы железо - цементит представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Диаграмма состояния системы железо — цементит. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Лини на выше представленной диаграмме представляют собой совокупность критических температурных точек или точек фазовых превращений сплавов с различным составом, которые характеризуют превращения в рассматриваемых сплавах при соответствующих температурах. Линия ABCD является линией ликвидуса или линией начала процесса рекристаллизации расплава. Линия AHJECF является линией солидуса или линией конца процесса рекристаллизации расплава. Линия CD - линия первичного цементита, который выделяется из жидкости при высокой температуре и обладающего крупнокристаллической структурой. Линия ES является линией вторичного цементита, который выделяется из аустенита при условии высоких температур и высокой скорости процесса диффузии. Вторичный цементит образуется в виде сеток по границам зерен и обладает мелкокристаллической внутренним строением. Линия РQ соответствует линии третичного цементита, выделение которого происходит из феррита при относительно невысокой температуре в мелкозернистых включений внутри феррита. DFK - линия цементита, которая соответствует постоянному содержанию углерода 6,67 %. Точка А является точкой плавления чистого железа - 1536 градусов по Цельсию. Точки G и N - точки полиморфных превращений, а точка Е точка максимального содержания углерода в аустените при температуре 1147 градусов по Цельсию.
Линия PSK соответствует процессу перлитного превращения. Линия МО является точками Кюри - 768 градусов по Цельсию. На линии GOS заканчивается растворение феррита в аустените, а на линии SE заканчивается растворение вторичного цементита в аустените. Горизонтальные линии HJB, ECF и РSK обозначают протекание при постоянной температуре трех процессов. При температуре 1499 градусов по Цельсию - линия HJB, происходит периктическая реакция, на линии ECF - эвтектическая реакция, а горизонталь РSK соответствует эвтектоидному превращению. Продуктом превращения является эвтектоидная смесь цементита и феррита - перлит. Чаще всего перлит имеет пластинчатую структуру - состоит из пластин цементита и феррита, которые чередуются.
К однофазным областям диаграммы относятся: жидкий расплав выше линии ABCD, феррит в области ANH и GPO и аустенит в области JESGN. К двухфазным областям относятся: AHB - равновесие жидкого расплава и кристаллов феррита; NJH - равновесие кристаллов аустенита и феррита; JECB - равновесие жидкого расплава и кристаллов аустенита; CDF - равновесие кристаллов цементита и жидкого расплава; SECFK - равновесное состояние кристаллов цементита и аустенита.
