Studiul diagramei de echilibru fier-cementită

1. CONSIDERAŢII GENERALE

1.1. Construcţia diagramei Fe - Fe3C

Dacă pentru cercetarea tratamentului termic al aliajelor baza este diagrama

respectivă de echilibru, pentru studiul tratamentului termic al celor mai răspândite

aliaje industriale şi anume oţelurile şi fontele, baza este diagrama fier-carbon, care ne

arată stările prin care trec aceste aliaje în funcţie de temperatură şi compoziţie chimică.

Dintre cele două variante ale acesteia (diagrama fier-cementită şi diagrama fier-grafit),

cea care prezintă interes practic este diagrama Fe - Fe3C (fig.1.1).

Pe diagramă apar trei linii orizontale, de-a lungul cărora se produc trei reacţii

importante:

Fig.1.1. Diagrama Fe - Fe 3C

Teodor Socaciu

8

a) orizontala HJB situată la temperatura de 1495C, aşa numita orizontală

peritectică, când soluţia solidă  de concentraţia punctului H (0,09 %C) reacţionează

cu lichidul de concentraţie B (0,53 %C), rezultând o soluţie solidă  de concentraţia

punctului J (0,17 %C);

b) orizontala ECF situată la temperatura de 1148C, aşa numita orizontală

eutectică, când lichidul de concentraţie 4,3 %C se descompune într-un amestec

mecanic format din austenită şi Fe3C numit ledeburită.

c) orizontala PSK situată la temperatura de 727C, aşa numita orizontală

eutectoidă, când soluţia solidă  de concentraţie 0,77 %C se descompune într-un

amestec mecanic format din ferită şi Fe3C numit perlită.

Punctul E (2,11 %C) desparte domeniul oţelurilor carbon (până la 2,11 %C) de

domeniul fontelor (cuprinse între 2,11 - 6,67 %C).

La rândul lor, în funcţie de conţinutul de carbon oţelurile se împart în:

- oţeluri hipoeutectoide, care conţin între 0,02 şi 0,77 %C şi au o structură

formată din ferită şi perlită;

- oţeluri eutectoide, cu un conţinut de 0,77 %C şi au o structură exclusiv

perlitică;

- oţeluri hipereutectoide, care conţin între 0,77 şi 2,11 %C şi au o structura

formată din perlită şi cementită secundară.

În mod similar fontele pot fi hipoeutectice, eutectice (4,3%C) şi hipereutectice.

Structurile care apar în câmpurile diagramei Fe - Fe3C dat fiind condiţiile de

răcire în care au fost obţinute, poartă denumirea de structuri de echilibru.

1.2. Constituenţii structurali de echilibru ai aliajelor Fe - Fe3C

Constituenţii structurali care alcătuiesc structura materialelor metalice sunt de

două feluri: omogeni sau faze (metalul pur, soluţia solidă sau compusul chimic) şi

eterogeni sau amestecuri mecanice (eutecticul sau eutectoidul). În sistemul Fe - Fe3C

se întâlnesc atât constituenţi omogeni ca de exemplu ferita, austenita şi cementita, cât

şi constituenţi eterogeni ca perlita şi ledeburita.

Ferita - Feα(C) pe scurt α, sau Fe (C) respectiv  - este o soluţie solidă de

carbon dizolvat în Feα sau Feδ care conţine maximum 0,02 %C la temperatura de

727ºC (respectiv 0,09 %C la temperatura de

1495ºC) şi cristalizează în sistemul cubic cu

volum centrat (C.V.C.), fiind moale şi

plastică. În afară de fier şi carbon, ea poate să

mai conţină în mod curent şi alte elemente ca

Si, P, Mn. Proprietăţile mecanice ale feritei

depind atât de felul şi concentraţia diferitelor

elemente prezente în compoziţia chimică cât

şi de mărimea grăuntelui.

Ferita este conţinută în cantităţi mari în

oţelurile moi, cu un conţinut redus de carbon,

de exemplu table ce se pot prelucra prin

ambutisare la rece. La microscop apare sub

Fig.1.2. Cristale de ferită,

atac cu nital

Teodor Socaciu

9

forma unor granule de culoare deschisă. În figura 1.2 se vede un oţel cu conţinut foarte

mic de carbon având microstructura formată practic numai din ferită, cu mici urme de

zgură (punctele de culoare neagră).

Austenita - Feγ(C) sau γ - este o soluţie de interstiţie a carbonului în fierul γ,

care conţine maximum 2,11 %C la temperatura de 1148˚C şi care cristalizează în

sistemul cubic cu feţe centrate (C.F.C.). Austenita este plastică, puţin dură,

paramagnetică, rezistentă la coroziune, are cea mai mare greutate specifică şi cel mai

mic volum specific dintre toţi constituenţii aliajelor Fe - Fe3C, ceea ce înseamnă că la

formarea austenitei (în timpul operaţiei de încălzire) are loc o micşorare de volum în

timp ce la transformarea ei (în timpul operaţiei de răcire) are loc o mărire de volum. În

mod normal ea este stabilă la temperaturi înalte, mai exact în domeniul GOSEJN din

diagrama de echilibru care mai poartă numele şi de domeniul austenitic.

Cementita - Fe3C - sau carbura de fier este un compus chimic