Диаграмма состояния «железо – углерод» (Fe – С)

Диаграмма состояния стабильного равновесия «железо — углерод» (Fe — С) отличается от диаграммы метастабильного равновесия «Fe — Fe3C» присутствием в двухфазных областях углерода в свободном состоянии в виде графита, а не цементита.

Выделение (образование) в сплавах углерода в свободном состоянии в виде графита называется графитизацией. Графитизация в чугунах может происходить как в результате выделения графита непосредственно из жидкости или твердого раствора, так и вследствие распада цементита.

На рис. 4.8 приведена диаграмма состояния стабильного равновесия сплавов «железо — углерод (графит)», которая нанесена на диаграмму метастабильного равновесия «железо — цементит» штриховыми линиями. Первичный.

Рис. 4.8. Стабильная диаграмма состояния «железо — углерод (графит)» .

графит в стабильной системе «железо — углерод» начинает выделяться из жидкости при температурах, соответствующих линии CD'.

Эвтектика кристаллизуется при температуре 1153 °C и представляет собой смесь аустенита и графита (А + Гр). Ее называют графитной эвтектикой. Выделение графита непосредственно из жидкости в виде первичной фазы и в составе эвтектики происходит при охлаждении в узком интервале температур между линиями стабильной и метастабильной диаграмм, т. е. в условиях очень медленного охлаждения, когда степень переохлаждения невелика.

В чистых железоуглеродистых сплавах в реальных условиях охлаждения выделение из жидкой фазы метастабильного цементита, содержащего 6,67% углерода, предпочтительнее, чем графита. Это связано с тем, что образование графита происходит очень медленно, так как работа образования зародыша графита велика; требуется значительная диффузия, включающая перемещение атомов углерода к месту кристаллизации графита одновременно с отводом атомов железа. Поэтому уже при незначительном переохлаждении ниже 1147 °C из жидкого чугуна выделяется цементит.

В реальном жидком чугуне всегда присутствуют различные включения (мелкие частицы графита, SiO2, А12O3 и др.), поэтому на них, как на готовых центрах кристаллизации, может происходить осаждение графита даже при температуре ниже 1147 °C. Графит, выделяющийся из жидкости, имеет сложную форму в виде искривленных лепестков, выходящих из одного центра (рис. 4.9). В плоскости шлифа графит имеет вид прямолинейных или изгибающихся пластинок, которые представляют собой различные сечения графитных лепестков.

Основная масса графита выделяется из жидкости при первичной кристаллизации. Графитизация может проходить также путем распада цементита (Ц) на сво.

Рис. 4.9. Структура графита, выделившегося из жидкости.

бодный углерод в виде графита (Гр) и твердый раствор углерода в железе:

— при температуре свыше 727 °C это происходит со вторичным цементитом, выделяющимся из аустенита:

Fe3Cll > Fey© + C (ЦII > А + Гр);

— при температуре ниже 727 °C распадается цементит, входящий в перлит:

Fe3C > Fea© + C (Ц > Ф + Гр).

Графит, образующийся при распаде цементита, не создает самостоятельных выделений, а наслаивается на имеющиеся кристаллы графита, увеличивая их размеры.

Получение графита в результате распада цементита широко используется при проведении графитизирующего отжига, в том числе для получения ковких чугунов (см. 7.3.5).