Фазовые диаграммы – графическое изображение фаз, присутствующих в сплаве (сталь) при различных условиях t, давления или химического состава. Они часто применяются в металлургии. С помощью них можно понять, какие фазы являются термодинамически стабильными, метастабильными и нестабильными в долгосрочной перспективе. Учитывая это, можно выбрать соответствующий материал для легирования, чтобы предотвратить поломку оборудования (труб, каркасов и др.).
Одной из широко используемых и наиболее распространенных является фазовая диаграмма железо — углерод. Ее применяют для понимания различных стадий стали и чугуна. Рисунок был разработан, чтобы показать микроструктурное положение металла как функцию температуры (y) и содержания углерода (х).
Использование диаграммы
Данный рисунок предполагает собой постоянное охлаждение металлов. И сталь, и чугун представляют собой смесь железа и углерода (С). Также, оба сплава содержат большое количество различных микроэлементов. Хоть график довольно сложный, но, разобравшись в сути, можно легко его использовать для различных целей. Фазовый рисунок обеспечивает основу для понимания как углеродистых, так и легированных сталей. Она также представляет знания о различных процессах термообработки, таких как закалка или отжиг чугуна.
Что собой представляет диаграмма?
Вот так выглядит диаграмма железо — углерод с пояснением: как уже упоминалось выше, есть две оси x и y (содержание С). Шкала весовых процентов по оси х изменяется от 0% до 6,67% углерода. При max его содержании 0,008% по весу этот металл называется просто железом или чистым железом. Он существует в форме a-феррита при комнатных условиях.
Железоуглеродистый сплав с содержанием С от 0,008% до 2,14% называется сталью. Кроме этого, в них содержатся железо, углерод и цементит. В этом диапазоне есть сталь:
- низкоуглеродистая;
- среднеуглеродистая;
- высокоуглеродистая.
Здесь есть такие обозначения, как А1, А2, А3, А4 и АСМ. При повышении или понижении t металла на этих границах происходит фазовый переход, когда температура достигает значения на границе. Обычно при нагревании сплава его t повышается, но вдоль этих линий (А1, А2, А3, А4 и АСМ) нагрев приходит к перестройке структуры в другую фазу, и, таким образом, температура перестает расти до тех пор, пока фаза полностью не изменится.
Диаграмма железо — углерод с пояснением для чайников также имеет точку эвтектики, где встречаются несколько фаз. На рисунке она находится там, где пересекаются линии А1, А3 и АСМ. Образование этих точек считается абсолютно случайным.
Еще одной частью рисунка являются фазовые поля – границы, пересекающиеся друг с другом, где происходит переход. Они указывают состояния, присутствующие для определенного состава и t сплава. Всего их четыре.
Какие есть фазы?
Таблица железо — углерод показывает:
- a-феррит – твердый раствор С, существующий при низких t. Эта фаза является магнитной, стабильной при комнатной t;
- g-аустенит – твердый раствор углерода в FCC Fe с максимальной растворимостью 2,14%. Состояние является немагнитным;
- d-феррит – идентичная структуре a-феррита, но существует только при высоких t;
- цементит – метастабильная с фиксированным составом Fe3C. При комнатной температуре он очень медленно разлагается на железо и углерод. Это твердое и хрупкое вещество, влияющее на свойства стали и чугуна.
Теперь вы узнали, как можно объяснить диаграмму железо — углерод для чайников, какие состояния она показывает, и в каких областях деятельности чаще всего применяют. Стоит указать, что разобраться с ней несложно, но это считается основой термодинамики и главной составляющей в деятельности специалистов, работающих с металлами.
