3.3. Диаграмма состояния FeFe3c

В сплавах при охлаждении и нагреве происходят изменения и образуются новые фазы и структуры. Эти изменения можно определить по диаграмме состояния. Диаграммой состояния называется графическое изображение, показывающее фазовый состав и структуру сплавов в зависимости от температуры и химической концентрации компонентов в условиях равновесия.

Ф аза  однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства сплава изменяются скачкообразно. Большое практическое значение имеет диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 14).

Линия на диаграмме FeFe₃C ACD  ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. Линия AECF  солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии. Область существования феррита ограничена площадью OQPG, аустенита  GSEA. На линии DFKL образуется цементит, на ECF  ледебурит, на PSK  перлит.

Структура сплава зависит от содержания углерода, с увеличением концентрации которого растет количество цементита. Железоуглеродистые сплавы принято классифицировать по равновесной структуре в соответствии с диаграммой состояния FeFe₃C. Согласно этой классификации, различают стали доэвтектоидные (0,02…0,8 % С, структура Ф + П); эвтектоидные (0,8 % С, структура  перлит, строение которого может быть пластинчатым или зернистым); заэвтектоидные (0,8…2,14 % С, структура  П + Ц_II). Белые чугуны подразделяют на доэвтектические (2,14…4,3 % С, структура П + Ц_II + Л); эвтектические (4,3 % С, структура  Л) и заэвтектические (4,3…6,67 % С, структура  Ц_I + Л).

Практическое применение диаграммы FeFe₃C: диаграмму FeFe₃C используют для определения видов и температурных интервалов термической обработки стали; для назначения температурного интервала при обработке давлением; для определения температуры плавления и заливки сплава и его литейных свойств (жидкотекучести, усадки).

Влияние структурного состава железоуглеродистых сплавов

на их свойства.

Между фазовым составом и свойствами сплавов существует определенная зависимость. Сплавы, образующие механические смеси и твердые растворы, обладают тем более низкими литейными свойствами в области твердых растворов, чем больше расстояние между линиями солидус и ликвидус. Однако, с появлением в сплаве второй фазы увеличивается жидкотекучесть, возрастают сопротивление усадочным напряжениям и склонность к образованию концентрированной усадочной раковины. Наилучшими литейными свойствами обладают эвтектические или близкие к ним по составу сплавы. Эти же сплавы лучше обрабатываются резанием. Однофазные сплавы  твердые растворы  лучше деформируются в холодном и горячем состоянии.

В случае неограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии свойства изменяются по криволинейной зависимости. Небольшие добавки второго элемента сильно повышают прочностные характеристики и электрическое сопротивление сплавов при некотором снижении пластичности. При больших концентрациях второго элемента указанный эффект значительно ослабляется. В случае повышенных температур пластичность твердых растворов весьма высока. При образовании ограниченных твердых растворов зависимость свойств от состава как бы складывается из двух зависимостей, рассмотренных ранее.

Фазовый состав любой углеродистой стали в равновесном состоянии: феррит + цементит. Количество последнего возрастает пропорционально росту содержания углерода. Поскольку цементит  твердая и хрупкая фаза, то увеличение его количества сопровождается повышением прочностных свойств, твердости (_в, _0,2, НВ), падением пластичности (, ) и особенно ударной вязкости (KCU). Падение прочности с увеличением содержания углерода в заэвтектоидных сталях объясняется наличием хрупкой цементитной сетки на границах перлитных зерен. Повышение содержания углерода ухудшает и технологические свойства: свариваемость, обрабатываемость резанием, деформируемость.

При выборе режима обработки давлением по соответствующим диаграммам состояния определяют температурный интервал существования однофазных твердых растворов. Двух- и многофазные сплавы хорошо обрабатываются резанием, а однофазные твердые растворы  плохо.

Диаграммы состояния помогают определять и литейные свойства сплавов. Если расстояние между линиями ликвидус и солидус велико, то в твердых растворах усиливается дендритная ликвация и уменьшается жидкотекучесть. Значительный температурный интервал кристаллизации свидетельствует о склонности к образованию в отливке рассеянной пористости. И, наконец, при большом интервале кристаллизации создается перепад температур в объеме кристаллизующегося металла, что затрудняет усадку, особенно в крупных отливках, и приводит к образованию трещин в металле. При небольшом интервале кристаллизации твердые растворы имеют более высокие литейные свойства.

Таким образом, диаграммы состояния позволяют теоретически прогнозировать свойства сплавов, создавать промышленные сплавы с заданными свойствами и выбирать оптимальные виды обработки для получения заданной структуры и свойств.