Фази та структурні складові залізовуглецевих сплавів

Фаза — це однорідна частина системи, що відокремлена від інших частин поверхнею розділу, при переході через яку стрибкоподібно змінюються агрегатний стан, хімічний склад, структура, властивості. Фазами у металевих сплавах можуть бути метали і неметали, хімічні сполуки і розчини на їх основі.

У сплавах системи Fe–Fe₃C у метастабільному стані (рис. 1, а) в залежності від температури і концентрації Карбону зустрічаються фази: рідкий розчин (Р), ферит (Ф), аустеніт (А), цементит (Ц) і структурні складові: перліт (П) і ледебурит (Л).

Рідка фаза — це однорідний необмежений рідкий розчин Феруму і Карбону з металевим типом зв’язку, який існує над лінією ліквідус (ABCD) .

Ферит — твердий розчин проникнення Карбону й інших домішок у –Fe з максимальною розчинністю 0,022 % С за температури 727 °С (точка P). З пониженням температури вміст Карбону в фериті зменшується за кімнатної температури і становить 0,008 % (точка Q). Ферит — м’яка, пластична складова залізовуглецевих сплавів (~80 HB, ≈ 50 %, ≈ 250 МПа). Існує високо температурна модифікація твердого розчину проникнення Карбону в –Fe ( –ферит), в якому максимальний вміст Карбону при 1493 °С — 0,09 % (точка H).

Ферит за температур нижчих за 768 °С (лінія MO) — феромагнітний, за більш високих температур — парамагнітний. Ґратка фериту — об’ємноцентрована кубічна, його мікроструктура — поліедричні зерна.

Аустеніт — твердий розчин проникнення Карбону й інших домішок у –Fe з максимальною розчинністю 2,14 % С за температури 1147 °С (точка E). З пониженням температури розчинність Карбону в аустеніті зменшується по лінії ES. Аустеніт — м’який (~200 НВ), пластичний, має низькі значення границь текучості й міцності, немагнітний. Мікроструктура аустеніту — поліедричні зерна, кристалічна ґратка — гранецентрована кубічна, що складається з атомів Fe, в яку проникли меншого розміру атоми Карбону.

Цементит — хімічна сполука Феруму з Карбоном — карбід заліза Fe₃C, що відповідає концентрації Карбону 6,67 % (лінія DFKL). У цементиті на три атоми Феруму припадає один атом Карбону. Ґратка цементиту складна, орторомбічна з періодами = 0,508 нм, = 0,673 нм, = 0,451 нм. Температуру плавлення цементиту встановити важко через його розпад (t_пл ≈ 1260 °С). Цементит є нестійкою хімічною сполукою й може розпадатись на графіт і ферит або графіт й аустеніт. Цементит дуже твердий (понад 800 НВ), крихкий, малопластичний, метастабільний. До температури критичної точки А₀ ( °С) цементит феромагнітний.

Перліт — евтектоїдна суміш фериту та вторинного цементиту у вигляді дуже тонких пластинок (пластинчатий перліт) або дисперсних часточок (зернистий перліт), що утворюється внаслідок розпаду аустеніту за температури 727 °С і містить 0,76 % С (точка S). Твердість перліту ~200 НВ. Його механічні властивості залежать від ступеня подрібнення частинок цементиту.

Ледебурит — евтектична суміш аустеніту і первинного цементиту, яка утворюється із рідкого розчину за температури 1147 °С і містить 4,3 % С (точка C). В інтервалі температур 1147...727 °С ледебурит являє собою механічну суміш зерен аустеніту і пластинок первинного цементиту, що кристалізується із рідкого розчину. Нижче 727 °С ледебурит складається з перліту і первинного цементиту (ледебурит перетворений). Твердість ледебуриту 500...600 НВ.