По диаграмме необходимо

а) показать простейшие диаграммы;

б) знать все области и их названия;

в) уметь применять правило фаз.

Диаграмма состояния включает в себя ряд простых (бинарных):

1. Компоненты неограниченно растворимы в твёрдом и жидком состояниях.

1. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и не образуют химического соединения (диаграмма с эвтектикой).

1. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твёрдом состоянии и не образуют химического соединения.

1. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и образуют устойчивое химическое соединение.

1. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и образуют неустойчивое химическое соединение.

На диаграмме состояния.

Линия ABCD – является ликвидусом системы. Линия AHJECF – является солидусом системы. В системе существуют следующие фазы:

жидкость – жидкий раствор углерода в железе – существует выше ликвидуса и обозначается L;

цементит – Fe₃C – линия DFKL – обозначается Ц.

феррит – структурная составляющая, представляет собой α-железо, которое в незначительном количестве растворяет углерод. Обозначение – Ф. Область феррита – левее линий AHN и GPQ.

аустенит – структура, представляющая собой твердый раствор углерода в γ-железе. Обозначение – А. Область существования NJESG.

Три горизонтальные линии на диаграмме HJB, ECF, PSK указывают на протекание трех нонвариантных реакций. При 1499°С (HJB) протекает перитектическая реакция:

L_B + Ф_H → A_J

В результате этой реакции образуется аустенит. При 1147°С (ECF) протекает эвтектическая реакция:

L_C → A_E +Ц

В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита, которая называется ледебуритом. При 727°С (PSK) протекает эвтектическая реакция:

A_S → Ф_Р + Ц

Продуктом превращения является смесь феррита и цементита, которая называется перлитом.

По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы, содержащие менее 2,14% С называются сталями, а более 2,14% С – чугунами. При кристаллизации сталей и сплавов получаются различные структуры, которые и определяют физические свойства сталей и чугунов. Так структура сталей определяет их пластичность, ковкость при высокой прочности. Структура чугунов определяет их хрупкость при высокой твердости. К тому же относительно низкая температура плавления чугунов определяет и их хорошие литьевые данные.

При рассмотрении процессов кристаллизации железоуглеродистых сплавов выделяют процессы первичной кристаллизации и процессы вторичной кристаллизации.

Первичная кристаллизация – это кристаллизация из расплава и она заканчивается при температуре 1147°С (горизонталь ECF). При первичной кристаллизации сплавов, содержащих менее 0,1% С, при охлаждении ниже линии AH выделяются кристаллы α-твёрдого раствора – Ф, затем ниже линии NJ они превращаются в γ-твёрдый раствор – А. При первичной кристаллизации сплавов, содержащих 0,1–2,14% С образуется А. Особенность первичной кристаллизации сплавов, содержащих более 2,14 % С состоит в том, что в них она заканчивается эвтектическим превращением при 1147°С, когда жидкость с содержанием 4,3 % С (точка С) дает две твердые фазы – А (2,14% С) и Ц (6,67% С), т.е. образуется ледебурит с избытком аустенита (2,14–4,3% С) или цементитом (4,3–6,67% С).

При вторичной кристаллизации происходит превращение в твердых фазах. При вторичной кристаллизации весьма мало углеродистых сплавов (С<0,01%) из А вновь получается феррит (Ф) ниже линии GP. При вторичной кристаллизации сплавов, содержащих 0,02–2,14% С при охлаждении их ниже GSE происходит распад А по эвтектической реакции, которая начинается при 727°С

А → Ф +Ц

и образуется перлит. Ц – вторичный. При вторичной кристаллизации сплавов, содержащих более 2,14% С из аустенита, входящего в состав эвтектики выделяется третичный Ц.

По диаграмме состояния различают

3 типа сталей:

1 – эвтектоидные, содержащие 0,8% С, состоящие из П.

2 – доэвтектоидные, содержащие <0,8% С и состоящие из Ф+П.

3 – заэвтектоидные, содержащие >0,8–2,14% С и состоящие из П+Ц.

и 2 типа чугунов:

1 – доэвтектоидные, содержащие 2,14–4,3% С и состоящие из П+Ц+Л.

2 – заэвтектоидные, содержащие >4,3% С и состоящие из Л+Ц.

Несмотря на видимую сложность структурных форм, особенно из высокоуглеродистых сплавов, следует сказать, что все области диаграммы являются однофазными либо двухфазными. В частности, в области SEFK – A+ Ц, QPKL – Ф+Ц, образующие различные структурные составляющие.