SISTEMUL FIER

SISTEMUL FIER.CARBURA DE FIER

Componentii care participa la formarea sistemului de aliaje sunt fierul si carbura de fier. Diagrama de eehilibru se prezinta in figura 0.3.

Curba lichidus a diagramei se constituie intre punctele : ABCD, A fiind punctul de pe ordonata fierului de temperatura 1539°C care corespunde punctului de topire a fierului. Curba solidus este delimitata de punctele AHIECFD, in care D corespunde temperaturii de cca 1700°C unde are loc solidificarea cementitei.

Fazele care participa la formarea structurii aliajelor acestui sistem sunt : ferita - Fe a (C), austenita - Fe g (C), d - Fe d (C) si cementita - Fe₃ C.

Ferita - Fe a (C), este o solutie solida de insertie a carbonului in fier alfa. Are o concentratie maxima de carbon la 723°C . 0,03%, se afla in domeniul monofazic GPQ intre temperatura ambianta si 910°C. Ferita participand la formarea perlitei si ledeburitei, se poate spune ca din acest punct de vedere, la temperatura obisnuita, poate fi gasita in structura intregului sistem (cu exceptia coccentratiei de 6,67% C).

Austenita - Fe g (C), este o solutie solida de insertie a carbonului in fier gama. Continutul maxim de carbon il prezinta in punctul E, de 2,14% C si se extinde in domeniul monofazic NIESG. Temperatura cea mai ridicata la care exista austenita este de 1496°C, iar cea mai joasa 723°C.

De asemenea participa la formarea structurilor la temperaturi ridicate. Faza d - Fe d (C), este o solutie solida de insertie a carbonului in fierul delta. Poate avea un continut maxim de carbon la 1496°C in punctul H, de 0,1% C si exista in domeniul monofazie AHN.

Toate aceste faze participa la compunerea unor aliaje sub forma de graunti omogeni, formand constituentii structurali de tip solutie solida ; pot fi gasite de asemenea ca participa si la formarea grauntilor neomogeni, adica a constituentitor structurali de tip agregat cristalin.

Cementita - Fe₃C la temperatura obisnuita participa la formarea structurii aliajelor sub forma de constituenti structurali omogeni si neomogeni. Aceasta faza compune in proportie de 100% doar concentratia de 6,67%C.

Reactiile principale ale acestei diagrame sunt : reactia peritectica, semiperitectica, reactia eutectica si reactia eutectoida.

a. Reactia peritectica are loc la temperatura de 1496°C intre concentratiile punctelor I (0,18% C) si B (0,36% C). La aceasta temperatura si concentratie, solutia solida de carbon in fier delta reactioneaza cu lichidul ramas. In urma unui proces de difuziune de atomi de carbon de la lichid spre solid urmata de recristalizarea fazei solide de la cubic cu volum centrat la cubic cu fete centrate, natura solidului s-a schimbat din faza delta in austenita. Aceasta reactie se exprima sub urmatoarea forma :

L + d --1496°C-- L +g (6.2)

b. Reactia semiperitectica are loc la aceeasi temperatura de 1496°C dar intre concentratiile punctelor H (0,1% C) si I (0,18%C). Este o reactie peritectica care are loc doar partial. Solidul de natura d separat pana la aceasta temperatura, reactioneaza partial cu lichidul ramas. Difuziunea carbonului in grauntii de d se face numai pe o anumita profunzime urmata in aceeasi masura de recristalizare. In acelasi timp, restul de lichid va cristaliza in graunti de austenita. Aceasta reactie se exprima sub forma :

L + d - 1496°C d g (6. 3)

c. Reactia eutectica are loc la temperatura de 1147°C, intre limitele de concentratie a punctelor E (2,14%C) si F (6,67%C) si consta in cristalizarea lichidului cu 4,3%C intr-un agregat cristalin format din fazele : austenita si cementita. Acest constituent structural este numit ledeburita. Reactia are loc conform relatiei :

L -1147°C g + Ce) = Le.  (6.4)

d. Reactia eutectoida este o reactie similara cu una eutectica doar ca aceasta se produce prin cristalizare din faza solida. Reactia eutectoida are loc la temperatura de 723°C, intre concentratia punctelor P (0,03%C) si K (6,67%C) si consta in recristalizarea austenitei cu 0,76%C intr-un agregat cristalin format din fazele : ferita si cementita. Acest constituent structural este numit perlita, iar reactia in urma careia se formeaza este de forma :

g- 723°C a + Ce) = Pe.  (6.5)

Analizand diagrama Fe-Fe₃C rezulta ca formarea structurii sistemului de aliaje se produce in urmatoarele moduri.

Intre concentratiile 02,14%C, separatiile primare sunt de faza delta intre 00,36%C si de austenita, intre 0,362,14%C.

Aliajele cuprinse intre 00,1%C in stare solida vor fi la inceput monofazice, formate din acelasi constituent structural de natura delta. Urmeaza apoi ca la temperaturi mai joase, dupa curba HN sa inceapa sa recristalizeze in austenita. Recristalizarea se incheie dupa curba IN.

Aliajele cuprinse intre concentratiile H (0,1%C) si I (0,18%C) la 1496°C, vor suferi reactia semipeitectica in urma careia structura acestora va fi formata din delta si austenita. O data cu racirea acestora, in urma recristalizarii fazei delta in gama, la curba IN vor ajunge sa fie formate din aceeasi faza de austenita.

Aliajele cuprinse intre limitele I (0,18%C) si B (0,36%C) dupa reactia peritectica, vor fi formate din lichid si austenita. Procesul de cristalizare a lichidului in austenita se va produce pana la curba IE cand si acestea ajung sa fie formate numai din graunti de austenita.

Aliajele intre B (0,36%C) si E (2,14%C) in intervalul de temperatura delimitat de curba lichidus si solidus vor solidifica in austenita.

Se constata deci, ca toate aliajele intre 02,14%C sub curba NIE sunt monofazice constituite fiind din austenita.

O alta runda de transformari vor suferi aceste aliaje dupa curba GSE. Aliajele de conccntratie 0%C si P (0,03%C) dupa curba GS, vor incepe sa recristalizeze din sistemul cubic cu fete centrate in sistemul cubic cu volum centrat. La temperaturile delimitate de curba GP vor ajunge monofazice de ferita, structura pe care o mentin pana la curba PQ. Sub aceasta curba, fierul reducandu-si capacitatea de dizolvare a carbonului, o data cu racirea se vor forma graunti marunti de cementita, faza bogata in carbon. Astfel, la temperatura obisnuita, aceste aliaje vor prezenta o structura formata din ferita si cementita tertiara.

Aliajele cuprinse intre P (0,03%C) si S (0,76%) numite hipoeutectoide vor recristaliza partial in ferita. O data cu formarea feritei, va creste continutul de carbon a austenitei dupa GS, iar la 723°C va avea 0,76%C. Austenita cu 0,76%C si la 723°C va suferi reactia eutectoida recristalizand in perlita. Deci la temperatura obisnuita aceste aliaje vor avea o structura formata din ferita si perlita.

Aliajul cu 0,76%C, numit eutectoid ajuns in stare monofazica de austenita, la 723°C va recristaliza in totalitate in perlita.

Aliajele cuprinse intre 0,76%C si 2,14%C, numite hipereutectoide, sub curba ES vor suferi si ele un proces de recristalizare cu caracter partial. Dupa curba ES austenita isi va reduce capacitatea de dizolvare fata de carbon, cauza care va provoca formarea din carbonul in exces a cementitei secundare, astfel ca aceste aliaje cand ating temperatura de 723°C vor fi formate din cementita secundara si austenita cu 0,76%C. Aceasta austenita va suferi reactia eutectoida si va trece in perlita. Rezulta deci, ca aceste aliaje la temperatura obisnuita vor fi formate din cementita secundara si perlita.

Aliajele cuprinse intre limitele 2,140,87%C pot fi grupate in aliaje hipoeutectice (2,144,3%C), aliajul eutectic cu 4,3%C si aliaje hipereutectice (4,3 . 6,67% C).

Cu exceptia aliajului eutectic, aliajele hipoeutectice si hipereutectice prezinta separatiile primare de austenita respectiv, cementita. La temperatura eutectica (1147°C) toate aliajele (2,14 6,67%) vor prezenta reactia eutectica rezultand ledeburita.

Intre 1147°C si 723°C din austenita aliajelor hipoeutectice va rezulta cementita secundara. La 723°C austenita libera va recristaliza in perlita.

Se considera ca ceilalti constituenti nu mai sufera nici un fel de transformare. In aceste conditii, aliajele hipoeutectice vor prezenta la temperatura obisnuita o structura formata din perlita, ledeburita si cementita secundara. Aliajul eutectic va fi format numai din ledeburita, iar aliajele hipereutectice din cementita si ledeburita.