Углерод является основным элементом, определяющим механические характеристики углеродистых конструкционных сталей (его содержание может составлять от 0,06 до 0,9%).
Железо и углерод в жидком состоянии обладают полной взаимной растворимостью. В твердом состоянии растворимость углерода в железе очень ограничена.
Различают три вида твердых растворов углерода в железе: α-раствор (феррит), γ-раствор (аустенит) и β-раствор β-феррит). Пространственное расположение атомов железа в этих растворах соответствует их расположению в α-, γ- и β-железе. Для γ- железа характерна кубическая гранецентрированная решетка, для α- и β-железа — кубические объемноцентрированные решетки, различающиеся лишь межатомными расстояниями. Атомы углерода значительно меньше атомов железа. Размещаясь в междоузлиях решетки железа, они искажают ее. При этом прочность металла увеличивается. Растворимость углерода во всех модификациях железа зависит от температуры. Феррит может содержать до 0,02% (при 723° С), а при комнатной температуре — 0,006% углерода. В β-железе растворя¬ется до 0,1% углерода. Наибольшее количество углерода растворяется в аустените: при 723° С до 0,8%; при 1130° С до 2%. Затвердевание сплавов Fe—С при содержании углерода до 0,5% начинается с кристаллизации β-феррита. Если сплав содержит до 0,1% углерода, кристаллизация заканчивается образованием одно-фазной структуры β-феррита. Сплавы, содержащие 0,1—0,5% углерода, при температуре ниже 1485° С претерпевают перетектическое прев-ращение, при котором из жидкого расплава и β-раствора образуется γ-раствор. Сплавы, содержащие 0,1—0,18% углерода, после затверде¬вания приобретают двухфазную структуру (β-раствор + γ-раствор). Если содержание углерода превышает 0,18%, сплавы в результате кри-сталлизации приобретают однофазную структуру γ-раствора. В сплавах Fe—С происходят фазовые изменения и цосле затвердевания: в низкоуглеродистых сплавах (до 0,18% углерода) при темпера-турах 1400—1490° С — перекристаллизация б γ-растворов; в сплавах, содержащих до 0,8% углерода, при температурах 910—723° С — γ-α -превращение. При температуре 723° С протекает эвтектоидная реакция, продук¬том ее является эвгектоидная смесь. Эвгектоидная смесь феррита и це¬ментита называется перлитом. При содержании углерода до 0,006% микроструктура стали состоит только из зерен феррита. В стали с 0,1% углерода наблюдается некоторое количество перлита, содержание ко-торого увеличивается по мере увеличения содержания углерода. Сталь, содержащая 0,8% углерода, состоит только из перлита.

---

Каховский Н.И., Фартушный В.Г., Ющенко К.А. Электродуговая сварка сталей