Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны. Особую группу составляют сплавы с содержанием углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены на рис.1. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита (рис.1 а), при содержании углерода менее 0,006%, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита (рис.1 б), если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.
Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14% углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита. Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии. Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. Микроструктуры сталей представлены на рис.2.
По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0.02%<С<0.8%), структура феррит + перлит (Ф+П) (рис.2 а); эвтектоидные (С=0.8%), структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый (рис.2 б и 2 в); заэвтектоидные (0.8%<С<2.14%), структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита. По микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой растворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет. Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами. Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства. Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.
Микроструктуры белых чугунов представлены на рис.3.
По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические (2.14%<С<4.3%), структура перлит + ледебурит + цементит вторичный (П+Л+ЦII); эвтектические (C=4.3%), структура ледебурит (Л) (рис.3 б); заэвтектические (4.3%<С<6.67%), структура ледебурит + цементит первичный (Л+ЦI)(рис.3 в). В структуре доэвтектических белых чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита. Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита. Однако свойства сталей и белых чугунов значительно различаются. Таким образом, основным фактором, определяющим свойства сплавов системы железо – цементит является их структура.
