Диаграмма состояния системы железо углерод является одной из важнейших диаграмм двойных систем, потому что наиболее распространенные в технике сплавы стали (стр. 3 из 9)
В точке е выделение феррита закончится, и сплав будет состоять из двух фаз: α р + γS .
Чуть выше линии PSK:
= 
*100% = 
*100% = 64,1%; 
= 
*100% = 
*100% = 35,9%.Аустенит с содержанием 0,8 % углерода на линии РSК претерпевает эвтектоидное превращение, состоящее в том, что одновременно выделяются две кристаллические фазы: феррит предельного насыщенния (точка Р) и цементит:
+ 
.
Возникающая при эвтектоидном распаде аустенита смесь феррита и цементита имеет тонкопластинчатое строение (чередующиеся пластинки a и Fе3С) и называется перлитом - по радужной окраске поверхности шлифа после травления, имеющей сходство с перламутром.
Феррит, который выделился из аустенита в интервале температур от точки а до точки е, в эвтектоидном превращении не участвует. Во время эвтектоидного распада аустенита на линии РSК система состоит из трех фаз: αр, γS и Fе3С, поэтому по правилу фаз:
С= К + 1– Ф = 2 + 1– 3 = 0.
Устанавливаем, что число степеней свободы системы равно нулю. Следовательно, эвтектоидный распад аустенита происходит при постоянной температуре и при неизменной концентрации углерода во всех трех фазах.
Сразу после перлитного превращения система состоит из фаз a и Fe3C, их относительное количество:
= 
*100% = 
*100% = 95,8%;Fe3C=
*100% = 
*100% = 4,2%.Структурные составляющие - феррит+перлит, т. е. α + (α + Fе3С). Но 95,8 % феррита делится на избыточный феррит, выделившийся в интервале ae из аустенита (64,1 %) и феррит в составе перлита (95,8 %-64,1 %=31,7 %) Цементит же весь находится в составе перлита, т.о. получается: 64,1 % α + (31,7 % α + 4,2 % Fе3С). Количество перлита (35,9 %) соответствует количеству аустенита перед эвтектоидным превращением.
При дальнейшем охлаждении сплава, состоящего из феррита и цементита, ферритная фаза должна обедняться углеродом (по линии PQ) с выделением цементита, называемого третичным. Это фазовое превращение дает столь незначительные изменения в структуре, составе и количестве фаз, что при рассмотрении превращений в среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталях и чугунах им можно пренебречь. Однако превращение с выделением третичного цементита имеет большое значение для мягких сортов сталей с низким содержанием углерода, так как выделения цементной фазы могут заметно ухудшать вязкость стали.
Таким образом, не учитывая третичный цементит, при комнатной температуре сталь взятого состава (0,3 % С) в точке f состоит из двух фаз: феррита и цементита, а структурные составляющие стали (после медленного охлаждения) будут представлены так:
феррит+перлит, т. е. α + (α + Fе3С).
На рис. 5 изображена микроструктура стали с 0,3 % С после медленного охлаждения (отжига). Обнаруживаются зерна феррита и перлита, иначе называемого феррито-карбидной смесью (ФКС). Светлые зерна структуры представляют собой феррит, а темные - перлит.
Рис. 5. Микроструктура доэвтектоидной стали.
Точка S диаграммы (0,8 % С) называется эвтектоидной точкой, а вся линия РSК - линией эвтектоидного или перлитного превращения. По отношению к эвтектоидной точке S стали делятся на:
- доэвтектоидные (содержащие до 0,8 % углерода);
- эвтектоидную (0,8 %);
- заэвтектоидные (содержащие углерода от 0,8 до 2,14 %).
Следовательно, доэвтектоидные стали при комнатной температуре после медленного охлаждения имеют одни и те же структурные составляющие: избыточный феррит + перлит, но в разных количествах в зависимости от содержания углерода.
Вторичная кристаллизация эвтектоидной стали (0,8 %) начинается сразу с эвтектоидного превращения:
+ 
.
Относительное количество фаз соответственно сразу после превращения:
.При комнатной температуре фазовый состав – 88,3 % феррита и 11,7% цементита, структурная составляющая одна – перлит. Микроструктура такой стали приведена на рис. 6. Заметно, что перлит имеет характерное строение с чередующимися полосками феррита и цементита, причем в каждом зерне перлита ориентировка полосок своя, отличная от таковой в соседнем зерне.
Рис. 6. Микроструктура эвтектоидной стали.
Сплав 6 (1,2 % С). После завершения первичной кристаллизации сталь охлаждается в аустенитном состоянии. Исходя из положения линии ES, можно установить, что аустенит стали с 1,2 % С вплоть до точки l (на линии ES) оказывается ненасыщенным углеродом. По достижении температуры точки l (рис. 4) аустенит становится предельно насыщенным углеродом, и так как растворимость углерода при охлаждении уменьшается (согласно линии ES), то, начиная с точки l, из аустенита выделяется избыток углерода в виде Fе3С, называемый вторичным (избыточным) цементитом (Fe3C)II.
Чуть выше линии PSK сплав будет состоять из двух фаз: аустенита и вторичного цементита. Применяя правило рычага, можно установить, что весовое количество цементита и аустенита:
.Таким образом, перед превращением сплав состоит из (93,2 % γ+ 6,8 % (Fe3C)II). Структурные и фазовые составляющие совпадают.
По достижении точки т аустенит содержит 0,8 % С (точка S) и претерпевает уже известное нам эвтектоидное превращение:
+ .
Вторичный цементит, выделившийся в интервале температур от точки l до точки m, в этом превращении не участвует. Сразу после превращения:
.17,7% - это общее количество цементита в сплаве, он включает в себя и 6,8 % избыточного (Fe3C)II, выделившегося в интервале lm, и цементит перлита: 17,7 %-6,8 %=10,9 %. Таким образом, получаем:
6,8 % (Fe3C)II + (82,3 % a + 10,9 % Fe3C)перлит.
При дальнейшем охлаждении вплоть до точки r фазовые и структурные составляющие стали не изменяются (не забывать о поправке, сделанной при разборе сплава 5 в связи с ходом линии PQ). Сплав состоит из двух фаз феррита и цементита, а структурные составляющие стали представлены так:
цементит + перлит, т. е. (Fe3C)II + (α+Fе3С).
Микроструктура такой стали представлена на рис. 7. Здесь, наряду с перлитом, присутствует вторичный (избыточный) цементит (белая сетка вокруг зерен перлита).
При травлении шлифа обычными реактивами цементит не травится и так же, как феррит, остается чисто белым, поэтому, чтобы отличить белую сетку цементита от ферритной, нужен определенный навык исследователя или специальные методы испытаний.