Көміртекті болаттардың фазалық құрамын және құрылымын құрастыру.

Fe-Fe₃C жүйесі метастабильді. Графит орнына цементит түзілуі бос энергияның аз ұтымын береді,бірақ темір карбидінің кинеетикалық түзілуі көбірек ықтимал.

Fe-Fe₃C диаграммасында А нүктесі (1539 ºС) темірдің балқу температурасы, ал D нүктесі (1550) цементиттің балқу температурасы.N (1392 ºС ) және G (910 ºС) нүктелері α↔γ полиморфты ауысуға сәйкес.

Fe-Fe₃C диаграммасының нүктелеріне келесі көміртектің концентрациялары сәйкес(% масса бойынша):В-0,51 %С сұйық фазада 1499 ºС перитектикалық температурада δ-феррит пен аустенит тепе-тең болады; Н-0,1%С (1499 ºС температурада δ-ферритте шекті құрамы); Е-2,14%С ( 1147 ºС эвтектикалық температурада аустенитте шекті құрамы);S-0,8%С 727 ºС эвтектоидты температурада аустенитте; Р-0,02%С ( 727 ºС эвтектоидты температурада ферритте шекті құрамы)

Fe-Fe₃C қорытпасының кристаллизациясы. АВ сызығы (ликвидус сызығы) сұйық қорытпаданδ-ферриттің кристаллизация басталу температурасын көрсетеді;ВС (ликвидус сызығы) сұйық қорытпадан аустениттің кристализация басталу температурасы; СD (ликвидус сызығы) сұйық қорытпадан бірінші ретті цементиттің кристализация басталу температурасы; АН(солидус сызығы) δ-феррит кристаллдарының және сұйық қорытпа облысы шекара температурасы; бұл сызықтан төмен тек δ-феррит болады;HJB-перитектикалық нонвариантты тепе-теңдік сызығы; HJB сәйкес температураға жеткенде преитектикалық реакция жүреді( В нүктесінің сұйық қорытпасы Н нүктесіндегі δ-феррит кристалдарымен әрекеттесіп J нүктесінде аустенит түзіледі)

Ж_в+Ф_н→А₁

ЕСF сызығы(солидус сызығы) ледебурит эвтектикасы кристаллизациясына сәйкес келеді:

Әр түрлі мөлшердегі көміртегі бар бірнеше қорытпалар кристаллизациясын қарастырайық.

0,1% С бар қорытпалар кристаллизация АН сызығына сәйкес температурада δ-феррит түзілімен аяқталады. 0,1-0,16% С бар қорытпалар АВ сызығына сәйкес температураға жеткенде сұйық фазадан δ-феррит кристалдары шыға бастайды және қорытпа екі фазалы болады( сұйық қорытпа және δ-феррит кристалдары).1499ºС температурада Н нүктесі (0,1%С) құрамы δ-феррит және В нүктесі (0,51%С) құрамы сұйық фаза тепе-тең болады.Осы температурада перитектикалық ауысу жүреді (Ж_в+Ф_н→ Ф_н +А₁),нәтижесінде екіфазалы құрылым δ-феррит(Ф)+γ-қатты ерітінді(А) түзіледі. 0,16%С қорытпада (J нүктесі) перитектикалық реакцияда δ-ферриттің қатты ерітінді кристалдары сұйық фазамен әрекеттесіп

Аустенитке толығымен айналады:Ж_в+Ж_н→А₁

0,16 -0,51 %С қорытпалар перитектикалық температурада δ-феррит пен сұйық фаза әрекеттесу нәтижесінде аустенит түзіледі,бірақ сұйық фаза шамалы мөлшерде қалады:

Ж_в+Ж_н→А₁ +Ж_в

Осыған байланысты JB сызығынан төмен температурада қорытпа екі фазалы: аустенит+сұйық. Кристалдану процесі JЕ солидус сызығына сәйкес температураларға жеткенде аяқталады.Қатқан соң қорытпа бір фазалы құрылымға иеленеді-аустенит.

0,51-2,14% С қоытпалар ВС және JЕ сызықтарымен шектелген температуралар аралығында кристалданады. ВС сызығынан төмен қорытпалар сұйық фаза мен аустениттен тұрады Кристалдану процесінде сұйық фазаның құрамы ликвидус сызығы бойынша өзгереді,ал аустенит солидус сызығы бойынша. Мысалы, қорытпа 2 де t₇ температурада сұйық фазаның құрамы г нүктесімен,ал аустениттікі в нүктесімен анықталады. Қатқан соң (JЕ солидус сызығынан төмен) қорытпа бір фазалы құрылым-аустенит алады.

2,14-4,3% С эвтектикалыққа дейінгі қорытпалардың кристалдану кезінде ВС ликвидус сызығына сәйкес температураларға жеткенде сұйық фазадан аустенит кристалдары шығады. Сұйық фаза құрамы кристализация температура аралығында ВС сызығымен,ал аустенит JЕ сызығымен анықталады.

1147ºС температурада аустенит Е нүктесіне (2,14 %С) сәйкес концентрация шегіне,ал қалған сұйық –С нүктесі (4,3 %С ) эвтектикалық құрамына жетеді.

Эвтектика температурасында (ЕСF сызығы) нонвариантты тепе-теңдік болады-Е нүктесіндегі аустенит,цементит және С үктесі құрамды сұйық. С нүктесі құрамды сұйық қорытпаның кристалдану нәтижесінде Е нүктесі құрамды аустениттен және цементиттен тұратын ледебурит эвтектикасы түзіледі:

Эктектикалық қорытпа (4,3% С) тұрақты температурада аустенит пен цементит деген екі фазадан тұратын ледебурит-эвтектикасы түзілумен қатады.

Эвтектикалық кейінгі қорытпалар (4,3-6,7% С) СD ликвидус сызығына дейін температураның төмендеуімен қатая бастайды. Осы кезде сұйық фазада цементит кристалдары туылып өседі.Көміртек концентрациясы сұйық қорытпада ликвидус сызығы бойымен температура төмендеген сайын азаяды. Осылай мысалы, t₁₆ температурада 4 қорытпадағы сұйық құрамы к нүктесімен анықталады. 1147ºС температурада сұйық 4,3%С эвтектикалық концентрацияға жетеді және ледебурит түзілумен қатады.Қатқан соң эвтектикадан кейінгі қорытпалар бірінші ретті цементит пен ледебуриттен тұрады. Қатқаннан кейінгі эвтектикадан кейінгі қорытпалардың фазалық құрамы – аустенит пен цементит.

2,14%С дейінгі қорытпаларды болат,2,14% С кейінгі қорытпалар шойын деп аталады. Шойын мен болат арасындағы алынған шектеу аустениттегі көміртегінің еру шегімен сәйкес келеді. Болаттарда қатайған соң мортсыңғыш құрылым-ледебурит болмайды,және жоғары қыздырғанда тек жоғары пластикалық аустенитті құрылымға ие,сондықтан олар жай және жоғары температурада жеңіл деформацияланады,яғни шойынға қарағанда созылымды болып келеді.