Диаграмма состояния железо-углерод

Метастабильная система Fe-Fe₃C. Перитектическое превращение δ + ж↔γ протекает при 1494 ± 2 °С. Предельная концентрация углерода в δ-фазе (точка Н)отвечает 0,1 % (по массе), или 0,46% (ат.). Для точки приняты значения 0,16% (по массе), или 0,74% (ат.), для точки В - значения 0,51% (по массе), или 2,33% (ат.). По данным термического анализа , линия ликвидус δ-фазы АВ - почти прямая, точке В соответствует 2,47% (ат.), предельная растворимость углерода в δ-Feсоставляет 0,5 % (эт.). Температура перитектической горизонтали равна 1496 ± 2°С, точке / отвечает 0,18 % (но массе), или 0,83 % (эт.).

Кривая ликвидус аустенита ВС, установленная по данным Руэра, Хондо, Эдкока, Умино и др. Предельная растворимость углерода в γ-Feпри 1147°С со­ставляет 2,14% (по массе), или 9,2% (ат.) ; при 1150°С 2,02% (по массе), или 8,7 % (ат.).

Кривая ликвидус цементита CD экспериментально не фиксируется. Первичный цементит выделяется только при закалке расплавов, содер­жащих до 5,5 % (по массе) С, а при нагреве белых заэвтектических чу­гунов цементит разлагается до плавления (Fe₃C->Fe + C_rp) . По рас­четным данным, виртуальная температура плавления цементита оцени­вается равной 1200...1450 °С . Возможно, цементит испытывает инконгруэнтное разложение при 1250...1300 °С.

В высокоуглеродистых сплавах, содержащих более 6,7 % (по массе) С после закалки из жидкого состояния в медную изложницу и ледяную воду наблюдали только Fe₃C; других карбидов не обнаружено . Таким образом, метастабильная система при нормальном давлении огра­ничена цементитом. При повышении давления стабилизируются высшие карбиды Fe₇C₃, Fe₂Cи Салм, однако при давлении 0,1 МПа выделение карбидов FeхC (Fe₂C) наблюдали лишь при низкотемпературном отпуске закаленной стали.

Температура эвтектической горизонтали ECFпринята равной 1147°С, эвтектике (точке С)соответствует 4,30% (по массе), или 17,28 % (ат.) С .

Превращение у↔а (A₃, кривая GS), исследованное многими автора­ми, также подтверждено последующими работами.

Эвтектоидная точка,  находится при 723 °С и 0,76 % (по массе), или 3,44% (ат.). Растворимость цементита в α-Fe(кривая PQ) очень мала и составляет 0,02% (по массе), или 0,095 % (ат.) Растворимость цементита в a-Feпри 723 °С равна 0,025 % (по массе).

Кристаллическая структура. Феррит имеет о. ц. к. структуру a-Fe. Период решетки a-Feравен 0,2862 им при 20 °С и линейно возрастает до 0,2899 нм при 910 °С . При 769 °С (точка Кюри) ферромагнитное a-Feпереходит в «немагнитное α-Fe» (точнее, в упорядоченное анти­ферромагнитное β-Fe) . Вследствие малой растворимости углерода в a-Fe[0,02 % (по массе)] период решетки  Тk-феррита практически такие же, как и чистого a-Fe. Атомы углерода в феррите занимают преимущественно октапоры. Выше 1392 °С γ-Fe превращается в парамагнитную δ-фазу, существующую при 1392-1536 °С. Период решетки о. ц. к. δ-Fe равен 0,2925 нм при 1392 °С и линейно растет до 0,2935 нм при 1536 °С . Температурная зависимость периода решет­ки для α-(β-) и γ-Feразличны. Период решетки δ-феррита с повыше­нием температуры увеличивается сильнее, чем α (β)-фазы и, по-видимо­му, растет с увеличением содержания углерода.

Аустенит имеет г. ц. к. структуру γ-Fe. Период решетки γ-Fe линей­но возрастает от 0,3637 нм при 911 °С до 0,368 нм при 1390 °С . Углерод растворяется в γ-Fe в виде С^{4 +}  и занимает октапоры, образуя твердые растворы внедрения. С увеличением содержания углерода в аустените период решетки γ-фазы увеличивается.

Цементит Fe₃C имеет ромбическую структуру .Периоды решетки: а = 0,45244±0,0005 нм, b  =  0,50885 ± 0,0005 нм, с = 0,67431 ± 0,0005 нм; Тем­пература перехода цементита из ферромагнитного в парамагнитное со­стояние (Т_с) равна 215°С .

Карбид Fe₇C₃ получен только при высоких давлениях. Он имеет гексагональную структуру типа Сr₇С₃. Периоды решетки а = 0,6882 нм, с =  0,4540 нм. Установлено существование метастабильного карбида Fe₂C (ε-карбид), выделяющегося при отпуске стали. При 150...200°С из закаленной стали выделяется ε-карбид с гексагональной решеткой, имеющей периоды а = 0,627 нм, с = 0,214 нм. Высшие карбиды весь­ма неустойчивы и при построении диаграммы состояния при нормаль­ных условиях не учитываются.