Кристаллизация сталей и чугунов

Обновлено: 16.05.2024

Перлитное превращение - эвтектоидное превращение (распад) аустенита, происходящее ниже 727°С (по другим источникам 723°С) и заключающееся в одновременном зарождении и росте внутри аустенита (ɣ-фаза) двух новых фаз: феррита (ɑ-фаза) и цементита (Fe₃C) имеющих пластинчатую форму. Схематически процесс описывается формулой: ɣ→ɑ+Fe₃C

Перлитное превращение происходит в сталях, содержащих более 0,025%С (по массе), а также в белых и серых чугунах (за исключением чугунов на ферритной металлической основе). Структура, образующаяся в результате превращения, называется перлит и она состоит из тонких чередующихся пластинок (кристаллов) феррита и цементита. Составы всех трех фаз при медленном охлаждении строго определен: в нелегированной стали или чугуне аустенит содержит 0,8%С, феррит - 0,025%С и цементит - 6,67%С (по массе). Отсюда следует, что пластинки феррита в 7,3 раза толще пластинок цементита.

При снижении температуры ниже 727°С скорость превращения увеличивается, достигает максимума при ~550°С и затем уменьшается, падая почти до нуля при ~200°С. Чем ниже температура превращения тем меньше толщина пластинок и выше прочностные свойства. Абсолютная толщина пластинок перлита (межпластинчатое расстояние, период структуры) меняется обычно от нескольких мкм (и тогда их можно различить в рядовом оптическом микроскопе), до десятых долей мкм (пластинки обнаруживаются только при максимальных разрешениях) и до сотых долей мкм (необходим уже электронный микроскоп). Соответствующие дисперсные разновидности перлита называют также сорбит и троостит.

53.Стали и сплавы специального назначения (высокопрочные)

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, (30ХГСН2А,40ХН2МА), применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250 o С) или изотермическую закалку с получением структуры нижнего бейнита. После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные стали имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вязкость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпущенные. При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения. Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 o С, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению. Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это связано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что способствует увеличению пластичности.

Превращения, происходящие при нагреве и охлаждении сталей и чугунов

Сталь доэвтектоидная с содержанием 0,3 % углерода (рис. 33). При нагреве до Ac₁ (727 °С) превращений нет, и сталь имеет структуру перлит + феррит. При Ас₁ (727 °С) происходит превращение перлита в аустенит и образуется структура аустенит + феррит. От Ас₁ до Ас₃ феррит превращается в аустенит. При Ас₃ сталь имеет структуру аустенита. От Ас₃ до tc 1 (температуры солидуса) сталь находится в твердом состоянии и имеет структуру аустенита. При температуре солидуса начинается плавление аустенита.

От температуры солидуса tc 1 до температуры ликвидуса tл 1 имеется аустенит + жидкий сплав. Выше tл 1 сталь находится в жидком состоянии.

Рис. 33. Диаграмма состояния Fe – Fe₃C (в упрощенном виде)

При охлаждении до температуры tл 1 сталь находится в жидком состоянии. При tл 1 начинается кристаллизация аустенита. От tл 1 до tс 1 происходит кристаллизация аустенита, и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава. От tл 1 до Аr₃ сталь имеет структуру аустенита. От Аr₃ до Аr₁ часть аустенита превращается в феррит, и сталь имеет структуру: аустенит + феррит. При Аr₁ (727 °С) происходит превращение аустенита в перлит. Ниже Ar₁ сталь до полного охлаждения имеет структуру: перлит + феррит (см. рис. 30, а).

Сталь эвтектоидная с содержанием 0,8 % углерода (рис. 33). При нагреве до Ас₁ (727 °С) превращений нет, и сталь имеет перлитную структуру. При Ac₁ происходит превращение перлита в аустенит. Выше Ac₁ до начала плавления сталь имеет аустенитную структуру. При температуре солидуса (для этой стали tc 2 ) начинается плавление аустенита. От tc 2 до tл 2 (температура ликвидуса) происходит плавление, и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава. Выше tл 2 сталь находится полностью в жидком состоянии.

При охлаждении до tл 2 сталь находится в жидком состоянии. При tл 2 начинается кристаллизация аустенита. От tл 2 до tс 2 происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава. От tл 2 до Ar₁ (727 °С) сталь состоит из аустенита. При Ar₁ происходит превращение аустенита в перлит. Ниже Ar₁ сталь имеет структуру перлита (рис. 30, б).

Сталь заэвтектоидная с содержанием 1,2 % углерода (рис. 33). При нагреве до Ас₁ (727 °С) превращений нет, и сталь имеет структуру: перлит + цементит вторичный. При Ас₁ происходит превращение перлита в аустенит. От Ас₁ до Аст (критическая точка, лежащая на линии SE) происходит растворение вторичного цементита в аустените. При Аст сталь имеет аустенитную структуру. От Аст до температуры солидуса tс 3 , лежащей на линии АЕ, сталь находится в аустенитном состоянии. При tс 3 начинается плавление аустенита. В интервале от tс 3 до tл 3 сталь состоит из аустенита и жидкого сплава. Выше tл 3 сталь полностью находится в жидком состоянии.

При охлаждении до tл 3 сталь находится в жидком состоянии. При tл 3 (температура ликвидуса) начинается кристаллизация аустенита. От tл 3 до
tс 3 происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит из жидкого сплава и аустенита. При tс 3 (температура солидуса) сталь полностью затвердевает, и структура ее представляет аустенит. От tс 3 до линии SE (температура Аст) структура стали не изменяется. При Аст начинается выделение вторичного цементита.

От Аст до Аr₁ (727 °С) происходит выделение вторичного цементита, и структура стали состоит из аустенита и вторичного цементита. При Аr₁ (727 °С) аустенит превращается в перлит. Ниже Аr₁ сталь имеет структуру: перлит + цементит вторичный (рис. 30, в).

Доэвтектический чугун с содержанием 3,0 % углерода (рис. 33). При нагреве до Ас₁ превращений нет, и чугун имеет структуру: ледебурит + перлит + вторичный цементит. При этом эвтектика состоит из цементита и перлита. При Ac₁ происходит превращение перлита в аустенит. Это превращение претерпевает как свободный перлит, так и перлит, входящий в эвтектику. Выше Ас₁ чугун состоит из аустенита, вторичного цементита и ледебурита. При этом эвтектика состоит из цементита и аустенита.

От Ac₁ до t_э, (1147 °С) происходит растворение вторичного цементита в аустените и аустенит насыщается углеродом до 2,14 %.

При t_э плавится ледебурит. Выше t_э чугун состоит из аустенита и жидкого сплава. От t_э, до tл 4 плавится аустенит. Выше tл 4 чугун находится полностью в жидком состоянии.

При охлаждении до tл 4 чугун находится в жидком состоянии. При tл 4 начинается кристаллизация аустенита. От tл 4 до t_э (1147° С) происходит кристаллизация аустенита и при t_э чугун состоит из аустенита с содержанием 2,14 % углерода и жидкого сплава эвтектического состава (4,3 % углерода).

При t_э, происходит эвтектическая кристаллизация, и образуется ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием углерода 2,14 %. От t_э (1147 °С) до Аr₁ (727 °С) из аустенита как свободного, так и входящего в ледебурит, выделяется вторичный цементит, и содержание углерода понижается до 0,8 %. Следовательно, в этом интервале температур чугун состоит из ледебурита, аустенита и вторичного цементита. При Аr₁ (727 °С) происходит превращение аустенита в перлит. Ниже Аr₁ чугун состоит из ледебурита, перлита и вторичного цементита (см. рис. 31, а).

Эвтектический чугун с содержанием 4,3 % углерода(рис. 33).При нагреве до Ас₁ превращений нет, и чугун имеет структуру ледебурит, состоящий из цементита, перлита и вторичного цементита. При Ac₁ происходит превращение перлита в аустенит. Выше Ас₁ чугун имеет структуру – ледебурит, состоящий из цементита, аустенита и вторичного цементита. От Ас₁ до t_э происходит растворение вторичного цементита и аустенит насыщается углеродом до 2,14 %. При t_э чугун полностью расплавляется. Выше t_э чугун находится полностью в жидком состоянии.

При охлаждении до t_э (1147 °С) чугун находится в жидком состоянии. При t_э (1147 °С) чугун полностью затвердевает, и образуется структура – ледебурит, состоящий из аустенита, содержащего 2,14 % углерода и цементита. От t_э до Аr₁ из аустенита выделяется вторичный цементит, и содержание углерода в аустените понижается до 0,8 %. При Аr₁ аустенит превращается в перлит. Ниже Аr₁ чугун имеет структуру – ледебурит, состоящий из цементита, перлита и вторичного цементита (см. рис. 31, б).

Заэвтектический чугун с содержанием 5,0 % углерода (см. рис. 33). При нагреве до Ас₁ превращений нет, и чугун имеет структуру – ледебурит + первичный цементит. При Ас₁ (727 °С) перлит, находящийся в эвтектике, превращается в аустенит. Выше Ас₁ чугун имеет структуру – ледебурит и первичный цементит, но эвтектика состоит из цементита и аустенита. От Аc₁ до t_э (1147 °С) происходит насыщение аустенита углеродом вследствие растворения вторичного цементита и при 1147 °С в аустените содержится 2,14 % углерода.

При t_э плавится эвтектика. Выше t_э чугун состоит из жидкого сплава и первичного цементита.

От t_э до tл 5 происходит плавление первичного цементита. Выше tл 5 чугун полностью находится в жидком состоянии.

При охлаждении до tл 5 чугун находится в жидком состоянии. При tл 5 начинается кристаллизация первичного цементита. От tл 5 до t_э (1147 °С) происходит кристаллизация первичного цеменТита, и чугун состоит из жидкого сплава и первичного цементита. При t_э чугун состоит из первичного цементита и жидкого сплава эвтектического состава, т. е. содержащего 4,3 % углерода, который, кристаллизуясь при этой температуре, образует ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием 2,14 % углерода.

Ниже t_э превращение претерпевает только ледебурит, а первичный цементит не изменяется. Превращение в ледебурите такое, как описано выше при рассмотрении доэвтектического и эвтектического чугуна, т. е. от t_э до Аr₁ внутри ледебурита выделяется вторичный цементит, и чугун состоит из ледебурита и первичного цементита.

При Аr₁ внутри эвтектики аустенит превращается в перлит. Ниже Ar₁ чугун состоит из ледебурита и первичного цементита (см. рис. 31, в).

1. Какие фазы образуются в метастабильной системе железо–углерод? Дайте их характеристику.

2. Напишите эвтектическую и эвтектоидную реакции системы Fe-Fe3C. Какие структурные составляющие при этом образуются?

3. Что такое эвтектоидная сталь, какова ее структура?

4. Какие стали являются заэвтектоидными, какова структура этой стали?

5. Что такое чугун и как подразделяются чугуны по содержанию углерода?

6. Опишите структуру чугунов: 2,5 %С, 3,8 %С, 4,3 %С, 5 %С?

7. Как меняется структурный и фазовый состав сплавов в зависимости от содержания углерода. Как это влияет на свойства сплава?

Кристаллизация стали

Первичная кристаллизация стали в зависимости от содержания углерода происходит по-разному. При содержании углерода от 0 до 0,5% из жидкости начинает выделяться феррит, а при содержании углерода от 0,5% до 2,14% из жидкости первоначально выделяется аустенит. Диаграмма состояния и кривые охлаждения типовых сплавов представлены на рис.9.

Рис.9. Кривые охлаждения при кристаллизации:

а)- кристаллизация сталей; б)- кристаллизация чугунов.

Рассмотрим кристаллизацию сплава 1, относящегося к доэвтектоидной стали, с содержанием углерода менее 0,5% (Рис.9,а).

Кристаллизация этого сплава начинается в точке t₁ выделением из жидкости кристаллов феррита. При температуре 1499 0 С в сплаве происходит перитектическая реакция, при которой выделившийся ранее феррит взаимодействует с жидкостью, в результате образуется новая фаза – аустенит. В соответствии с правилом фаз эта реакция идет при постоянной температуре и поэтому на кривой охлаждения появляется температурная остановка. После исчезновения феррита происходит дальнейшая кристаллизация жидкости в аустенит. В т t₂ кристаллизация заканчивается и до т. t₃ происходит охлаждение аустенита. Окончательное формирование структуры стали происходит в результате превращений аустенита при дальнейшем охлаждении. Основой этого превращения является полиморфизм, связанный с перегруппировкой атомов из ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита, а также изменение растворимости углерода по линии ES в аустените и PQ в феррите. В данном сплаве в интервале температур t₃–727°C идет полиморфное превращение А ® Ф. На стыках и границах зерен аустенита возникают зародыши феррита, которые растут и развиваются за счет атомов аустенитной фазы. Состав аустенита меняется по линии GS, а феррита – по линии GP. При 727 °С концентрация углерода в аустените равна 0,8 % (точка S) и в феррите – 0,025 % (точка Р). Ниже этой температуры происходит эвтектоидное превращение. В равновесии находятся три фазы: феррит состава точки Р, аустенит состава точки S, цементит. Так как число степеней свободы равно нулю, т.е. имеется нонвариантное равновесие, то процесс протекает при постоянном составе фаз. На кривых охлаждения или нагрева наблюдается температурная остановка. Таким образом, структура доэвтектоидной стали характеризуется избыточными кристаллами феррита и эвтектоидной смесью феррита с цементитом, называемой перлитом. Количественные соотношения феррита и перлита зависят от состава сплава. Чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем больше в структуре ее перлита и, наоборот, чем меньше углерода, тем больше феррита и меньше перлита. При дальнейшем охлаждении в результате изменения растворимости углерода в феррите (соответственно линии РQ) выделяется третичный цементит. Однако в структуре обнаружить его при наличии перлита невозможно.

Сплавы с содержанием углерода менее 0,025 % (левее т. Р) не испытывают эвтектоидного превращения.

Рис.10.Мироструктура доэвтектоидной стали

Сплав 2 относится по составу к заэвтектоидной стали. Кристаллизация этого сплава начинается в точке t₅ выделением из жидкости кристаллов аустенита. В т t₇ кристаллизация заканчивается и до температуры t₈ (линия ES) аустенит охлаждается без изменения состава. Несколько ниже этой температуры аустенит достигает предельного насыщения углеродом согласно линии растворимости углерода в аустените ЕS. В интервале температур t10 - 727 °C из пересыщенного аустенита выделяется высокоуглеродистая фаза – цементит, который называется вторичным. Состав аустенита меняется по линии ЕS и при температуре 727 °С достигает точки S (0,8 %С). Ниже 727 °С происходит эвтектоидное превращение: аустенит состава точки S (0,8 %С) распадается на смесь феррита состава точки Р (0,025 %С) и цементита. Таким образом, структура заэвтектоидной стали характеризуется зернами перлита и вторичного цементита (рис.11). При медленном охлаждении цементит, как правило, располагается в виде тонкой оболочки. В разрезе это выглядит как сетка цементита. Более благоприятной формой цементита является зернистая, она не приводит к значительному снижению пластических свойств стали. В реальной стали с 1,2%С (У12) количество вторичного цементита составляет всего около 6 %.

Рис.11 Микроструктура эвтектоидной и заэвтектоидной стали

Сталь – основной металлический конструкционный материал, широко применяемый для инженерных сооружений, изготовления оборудования, машин, приборов и инструментов. Ее обширное использование обусловлено удачным сочетанием ценного комплекса механических, физико-химических и технологических свойств. Кроме того, она сравнительно недорогая и может производиться в любом количестве.

Механические свойства углеродистой стали зависят от содержания в ней углерода. С увеличением количества углерода повышается концентрация цементита и уменьшается количество феррита. Это вызывает увеличение прочности, твердости и снижение пластичности сплава.

Кристаллизация чугунов.

Все превращения в чугунах, начиная от затвердевания и до комнатных температур, полностью проходят по метастабильной диаграмме Fe-Fe₃C. Наличие цементита придает излому светлый блестящий цвет, что привело к термину “белый чугун”. Независимо от состава сплава обязательной структурной составляющей белого чугуна является цементитная эвтектика (ледебурит). На рис.9 изображена структурная диаграмма равновесия железо-цементит и кривые охлаждения типичных сплавов.

Чугун до самой температуры плавления остается двухфазным, и одна из этих фаз – твердый хрупкий цементит, который не позволяет деформировать материал. Но чугуны кристаллизуются в относительно узком интервале температур, заканчивается кристаллизация образованием эвтектики при постоянной температуре. Такие сплавы имеют хорошие литейные свойства (высокую жидкотекучесть, малую усадку) и не образовывать литейных дефектов. Поэтому чугуны – сплавы литейные.

В зависимости от того, в какой форме содержится углерод, различают следующие виды чугунов: белые, в которых весь углерод связан в карбид железа Fe₃C серые с пластинчатым графитом, ковкие – с хлопьевидным графитом и высокопрочные – с шаровидным графитом

Белые чугуны. Все превращения в белых чугунах, начиная от затвердевания и до комнатных температур, полностью проходят по метастабильной диаграмме Fe-Fe3C. Наличие цементита придает излому светлый блестящий цвет, что привело к термину “белый чугун”. Независимо от состава сплава обязательной структурной составляющей белого чугуна является цементитная эвтектика (ледебурит). На рис.9 изображена структурная диаграмма равновесия железо-цементит и кривые охлаждения типичных сплавов.

Железоуглеродистые сплавы состава 2,14 – 4.3%С называются доэвтектическими белыми чугунами. Рассмотрим процесс кристаллизации и вторичных превращений на примере сплава 3 (рис.9,б). От температуры несколько ниже линии ликвидус АС до 1147°С, из жидкости выделяются кристаллы аустенита. Аустенит кристаллизуется в форме дендритов, которые, как правило, обладают химической неоднородностью, называемой дендритной ликвацией. Состав жидкой фазы меняется по линии ликвидус, стремясь к эвтектическому, а твердой фазы по линии солидус, стремясь к составу точки Е. При температуре 1147 °С концентрация жидкой фазы достигает точки С (4,3 %С), а аустенита – точки Е (2,14 %С). Из жидкости эвтектического состава образуется смесь аустенита и цементита – ледебурит 1147 °С. Таким образом, ниже эвтектической линии ЕСF структура характеризуется избыточными кристаллами аустенита и эвтектикой (ледебуритом). При охлаждении от 1147 до 727°С состав аустенита непрерывно меняется по линии ЕS, при этом выделяется цементит вторичный. Он выделяется как из избыточного аустенита, так и из аустенита эвтектики. Однако, если вторичный цементит, выделяющийся из аустенита эвтектики, присоединяется к эвтектическому цементиту, то из избыточного аустенита он выделяется в виде оболочек вокруг дендритов аустенита и представляет собой самостоятельную структурную составляющую. Ниже 727°С весь аустенит: и избыточный, и тот, который входит в состав эвтектики – претерпевает эвтектоидное превращение, при котором образуется перлит. Таким образом, ниже 727 °С структура доэвтектического белого чугуна характеризуется следующими структурными составляющими: избыточным перлитом (бывшим аустенитом), ледебуритом превращенным, состоящим из перлита и цементита и цементитом вторичным

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 4,3 до 6,67% (сплав 4, рис.9,б) называются заэвтектическими белыми чугунами. Кристаллизация начинается при температуре t₁₃ несколько ниже линии СD выпадением цементита, который называется цементитом первичным. Состав жидкой фазы меняется по линии СD, состав твердой остается без изменения. При температуре 1147°С заканчивается кристаллизация избыточных кристаллов.

Жидкость состава точки С (4,3 %С) согласно эвтектической реакции образует ледебурит. При дальнейшем охлаждении изменение состава аустенита по линии ЕS приводит к выделению цементита вторичного, который присоединяется к эвтектическому.

Температура 727°С является температурой эвтектоидного равновесия аустенита, феррита и цементита. Ниже этой температуры аустенит превращается в перлит. Таким образом, ниже 727°С структура заэвтектического белого чугуна характеризуется избыточными кристаллами цементита первичного (белые пластины) и превращенным ледебуритом, состоящим из темных полосок или зернышек перлита и светлой основы – цементита. Схематично процесс формирования структуры чугунов представлен на рис.12.

Рис.12 Изменение структуры в чугунах в процессе охлаждения

Схематично микроструктуры белых чугунов представлены на рис.13.

Рис.13 Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектический белый чугун; б – эвтектический белый чугун; в – заэвтектический белый чугун .

Серые чугуны.В сером чугуне весь углерод или его часть находятся в свободном виде – в виде графита. Диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной (неравновесной). При очень медленном охлаждении расплавленного чугуна реализуется стабильная, равновесная диаграмма железо – графит. Ее точки и линии смещены чуть влево и вверх (рис.14 ).

Рис.14 Диаграмма железо – графит

Графит в сером чугуне – это кристаллы сложной формы в виде сильно искривленных лепестков (рис. 15). В плоскости шлифа графит виден как отдельные пластинки, прямолинейные или изогнутые, так как плоскость шлифа пересекает графитные лепестки. Такой графит называют пластинчатым.

Металлическая основа серого чугуна может быть ферритной, перлитной или смешанной – феррито-перлитной. Излом серого чугуна темно-серого цвета

Графит играет роль надрезов, трещин в металлической основе. Прочность графита при растяжении несопоставима с прочностью металла, поэтому пластичность чугунов очень мала (δ ≤ 0,5%), а предел прочности при растяжении значительно ниже, чем у стали. Но на сжатие графит работает хорошо.

Рис.15Микроструктура серого чугуна

Серый чугун – самый дешевый литейный сплав. Имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку, что позволяет получать тонкостенные фасонные отливки. Хорошо обрабатывается резанием: дает мелкую сыпучую стружку, графит является твердой смазкой и уменьшает тем самым износ инструмента.

ГОСТ 1412-85 включает 6 основных марок серого чугуна. Чугун – единственный сплав, в марке которого зашифрован не химический состав, а механические свойства. Например, марка СЧ12 означает: серый чугун с пределом прочности при растяжении 120 МПа (12 кг/мм 2 ).

В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Они содержат 2,7-3,5 % углерода. Их модифицируют в ковше магнием (0,02-0,08 %). Модификатор не позволяет растущему кристаллу графита принять естественную форму розетки. Атомы магния образуют тонкий слой на поверхности зародыша графита, увеличивая его поверхностную энергию. Стремление системы к минимальной свободной энергии приводит к тому, что графит кристаллизуется в виде шариков (у шара поверхность при заданном объеме минимальна). Металлическая основа может быть такой же, как у серых чугунов (рис. 16).

Такой вид чугунов был создан с целью повышения механических свойства чугуна, сохранив его преимущества перед сталью. Предел прочности при растяжении s_В и относительное удлинение δ у высокопрочных чугунов выше, чем у серых, так как шаровидные включения графита – более мягкие концентраторы напряжения, чем пластинчатые.

Рис.16 Микроструктура высокопрочного чугуна

Маркировка высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293-85 аналогична маркировке серых. Например, ВЧ90 означает: высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 900 МПа (90 кг/мм 2 ).

В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит получается при отжиге белого доэвтектического чугуна с содержанием углерода 2,5-3 %. Его еще называют углеродом отжига.

При нагреве до температур, близких к солидусу, цементит в белом чугуне распадается на исходные компоненты: железо и углерод.

Режим отжига может быть различным. Во время выдержки при температуре 1000 ºC распадается цементит эвтектики и получается перлитный ковкий чугун (рис.17а).

Если сделать отжиг в две стадии, с выдержкой вначале немного ниже 1147 C, а затем чуть ниже температуры перлитного превращения, то на первой стадии распадется цементит эвтектики, а на второй – цементит, входящий в перлит (рис.17, режим б). При таком режиме получается ферритный ковкий чугун, самый мягкий и пластичный (рис.18, а). Отжиг на ковкий чугун – длительная процедура, он занимает до 70-80 часов. Поэтому ковкий чугун самый дорогой

Рис. 18. Ферритный (а) и перлитный (б) ковкий чугун

Маркировка ковких чугунов по ГОСТ 1215-92 включает характеристику не только прочности, но и пластичности. Например, КЧ45-7 означает ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 450МПа (45 кг/мм 2 ) и относительным удлинением 7%. Но несмотря на повышенную пластичность материала, название «ковкий» – условное, ковать его нельзя.

Надо еще отметить, что фазовые превращения в твердом состоянии позволяют упрочнять сталь термической обработкой. Для чугуна термообработка неэффективна, так как эвтектика – ледебурит – остается неизменной до температуры плавления.

1. Кристаллизация металлов, охлаждение чистого железа, его модификации

Металлы - неорганические, крупнокристаллические, абсолютно плотные вещества, обладающие специфическими свойствами: металлическим блеском, высокой прочностью, электро- и теплопроводимостью..

Кристаллизация - процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация состоит из двух процессов: 1)зарождения мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и 2)роста кристаллов из этих центров.

С понижением температуры подвижность ионов падает и вблизи температуры плавления образуются скопления атомов, в которых они расположены, как в кристаллах, правильными рядами и они начинают обрастать новыми слоями. Такие скопления являются центрами кристаллизации (зародышами). Кристаллы свободно растут до тех пор, пока со всех сторон их окружает жидкий металл. По достижению температуры затвердевания, вновь образуется кристаллическая решетка и металл переходит в твердое состояние.

Чистое железо(суммарное содержание примесей — до 0,1%, углерода — до 0,02%). Технически чистое железо мягкое(не твёрдое)устойчиво к коррозии, обладает повышенной электропроводностью и очень высокой пластичностью.

До температуры 1539 °С происходит охлаждение жидкого железа. На кривой охлаждения появляется площадка. При этой температуре железо затвердевает, и выделяется скрытая теплота кристаллизации. По окончании кристаллизации и до температуры 1392 °С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку. При 1392 °С на кривой появляется вторая площадка, связанная с аллотропическим превращением α-железа (Feα) в -железо (Fe), имеющее гранецентрированную кубическую решетку.

При аллотропическом превращении исчезают старые зерна и появляются новые. Такое превращение аналогично процессу кристаллизации: вначале образуются зародыши, а затем идет рост зерен новой модификации(перекристаллизацией)

Следующая площадка наблюдается на кривой охлаждения при температуре 911 °С по причине превращения Fe в Feα. Кристаллическая решетка превращается из гранецентрированной опять в объемно-центрированную кубическую, которая сохраняется до самых низких температур.

Площадка на кривой охлаждения, соответствующая температуре 768 °С, связана с перестройкой электронных оболочек атомов и изменением магнитных свойств. Ниже 768 °С железо магнитно, а выше – немагнитно.

Чистое железо кристаллизуется в виде трех модификаций α, и β(α-феррит, аустенит и β-феррит), каждая из которых устойчива в своем интервале температур. Модификации α и β обладают одинаковой кубической пространственно центрированной решеткой и представляют собой, - строго говоря, одну фазу. β-Fe отличается от α-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика. Его не выделяют как отдельную фазу, и рассматривает как разновидность α-Fe; модификация является кубической гранецентрированной решеткой.

2. Виды сплавов, основные составляющие структуры сплавов

Сплавы - сложные кристаллические вещества, которые обладают свойствами металлов.

1) По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов.

2) По способу получения заготовки (изделия) различают литейные (чугуны), деформируемые (стали) и порошковые сплавы.

3) В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным).

Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (карбиды, нитриды) и кристаллиты простых веществ.

1) Феррит – твердый раствор углерода в α-Fe. При температуре 723° С предельное содержание углерода 0,02 %. При отсутствии примесей не корродирует.

2) Цементит – карбид железа Fe3C – химическое соединение, содержащее 6,67 % углерода. Является составной частью эвтектической смеси, а также самостоятельной структурной составляющей. Способен образовывать твердые растворы путем замещения атомами других металлов, неустойчив, распадается при термической обработке. Цементит очень тверд (НВ 800) и хрупок.

3) Аустенит – твердый раствор углерода в γ–Fe. Атомы углерода внедряются в кристаллическую решетку, причем насыщение может быть различным в зависимости от температуры и примесей. Устойчив только при высокой температуре, а с примесями Mn, Сг – при обычных, даже низких температурах. Твердость аустенита НВ 170-220.

4) Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита, образуется при распаде аустенита при температуре 723° С и содержании углерода 0,83 %. Твердость перлита НВ 160-260. Структура перлита может быть пластинчатой и глобулярной (зернистой).

5) Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при 1130° С и содержании углерода 4,3 % Структура неустойчивая: при охлаждении аустенит, входящий в состав ледебурита, распадается на вторичный цементит и перлит. Ледебурит очень тверд (НВ 700) и хрупок.

6) Графит – мягкая и хрупкая составляющая чугуна, состоящая из разновидностей углерода. Встречается в серых и ковких чугунах.

3. Углеродистые стали — структура, свойства, применение.

Углеродистые стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются.

- доэвтектоидные (менее 0,8% С)

- эвтектоидные (0,8% С)

- заэвтектоидные (С более 0,8%)

2) По способу получения

3) По степени раскисления

4) По качеству (определяется содержанием вредных примесей в стали)

5) По содержанию углерода

С увеличением углерода в структуре стали растет содержание цементита. При содержании до 0,8 % С сталь состоит из феррита и перлита, при содержании более 0,8 % С в структуре стали, кроме перлита, появляется структурно свободный вторичный цементит.

Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно пластичен. Цементит характеризуется высокой твердостью, но хрупок. Поэтому с ростом содержания углерода увеличивается твердость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали. Рост прочности происходит до 0,8–1,0 % углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8 % уменьшается не только пластичность, но и прочность.

С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем и особенно в холодном состоянии.

Находят многостороннее применение в технике: детали изготавливаемые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой, используют для деталей не испытывающих высоких нагрузок, детали автотракторного с/х машиностроения, слабонагруженные и средненагруженные оси, валы различных машин и механизмов, ж/д рельсы.

4) Зависимость свойств стали от химического состава.

Сталь— сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих:

1) Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твердость и прочность, при этом уменьшается пластичность.

2) Кремний и марганец в пределах (0,5-0,7 %) существенного влияния на свойства стали не оказывают.

3) Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS. Сернистое железо обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом. Сера уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.

4) Фосфор также является вредной примесью, т.к. придает стали хрупкость при пониженных температурах.

5) Феррит — железо с объемноцентрированной кристаллической решеткой и сплавы на его основе является фазой мягкой и пластичной.

6) Цементит — карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C предоставляет стали твердость и хрупкость.

7) Перлит — эвтектоидная смесь двух фаз — феррита и цементита, содержит 1/8 цементита и поэтому имеет повышенную прочность и твердость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

5.Влияние структуры на свойства стали

Величина зерен оказывает существенное влияние на механические свойства стали (чем мельче зерна, тем выше качество стали).
Структура низколегированных сталей аналогична структуре малоуглеродистой стали. Низколегированные стали тоже содержат мало углерода, повышение их прочности достигается легированием — добавками, которые, как правило, находятся в твердом растворе с ферритом и этим его упрочняют; некоторые из них образуют карбиды, также упрочняющие ферритовую основу и прослойки между зернами.
Основные химические элементы, применяемые при легировании малоуглеродистой стали, стали повышенной и высокой прочности.
Углеродистая сталь обыкновенного качества состоит из железа и углерода с некоторой добавкой кремния или алюминия, марганца, меди.
Углерод (У), повышая прочность стали, снижает пластичность и ухудшает ее свариваемость; поэтому в строительных сталях, которые должны быть достаточно пластичными и хорошо свариваемыми, углерод допускается в количестве не более 0,22%.
Кремний (С), находясь в твердом растворе с ферритом, повышает прочность стали, но ухудшает ее свариваемость и стойкость против коррозии.

Алюминий (Ю) входит в сталь в виде твердого раствора феррита и в виде различных нитридов и карбидов, хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость.
Марганец (Г) растворяется как в феррите, так и в цементите; образует тугоплавкие карбиды, что приводит к повышению прочности и вязкости стали.
Медь (Д) несколько повышает прочность стали и увеличивает стойкость ее против коррозии. Избыточное ее содержание (более 0.7%) способствует старению стали.
Прочность низколегированных сталей также повышается при введении никеля, меди, кремния и алюминия, которые входят в сталь в виде твердых растворов (феррита).
Вольфрам и молибден, значительно повышая твердость, снижают пластические свойства стали: никель повышает прочность стали и пластические ее свойства.
Молибден (М) и бор (Р) обеспечивают высокую устойчивость аустенита при охлаждении и тем самым облегчают получение закалочных структур (так называемых бейнита и мартенсита), что очень важно для получения высокопрочного проката больших толщин.

Азот (А) в несвязанном состоянии способствует старению стали и делает её хрупкой, особенно при низких температурах.

6.Диаграмма состояния системы железо-цементит

Диаграмма состояния железо - цементит. В диаграмме состояния железо – цементит (Fe-Fe3C) рассматриваются процессы кристаллизации железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна) и превращения в их структурах при медленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры. Диаграмма показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С). Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% - чугуном.
Диаграмма состояния Fe-Fe3C представлена в упрощенном виде. Первичная кристаллизация, т. е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса ACD
7.Виды термической обработки стали

Шире других видов термической обработки применяют отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали.

Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании.

Полный отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20. 50 СС (Лс3 + 20. 50°С), т.е. выше линии GS, выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением (вместе с охлаждаемой печью, под слоем песка, золы, шлака и т. п.).

При неполном отжиге сталь нагревают выше нижних критических точек на 2О. 5О°С (ЛЙ+20. 50° С), выдерживают при этой температуре с последующим медленным охлаждением. При неполном отжиге происходит только частичная перекристаллизация. Неполному отжигу подвергают стали, не требующие исправления структуры, т. е. измельчения.

Для снятия внутренних напряжений, снижения твердости, улучшения обрабатываемости металлов применяют низкотемпературный отжиг.

Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита (727 + градусов), выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. В зависимости от скорости охлаждения сталь получают в состоянии мартенсита, троостита или сорбита закалки.

При закалке обычной углеродистой стали в слабых водных растворах — электролитах или в холодной воде сталь получает структуру мартенсита; при закалке в горячей воде или минеральном масле — структуру троостита и в расплавленном свинце — структуру сорбита. Стали с содержанием углерода менее 0,2 % практически не воспринимают закалку.

Закалке подвергают готовые изделия с целью повышения твердости, и прочности.

Метод термомеханической обработки (ТМО) проводят в две стадии: 1) горячая или теплая деформация в области существования высокотемпературной фазы — аустенита (выше критических точек Лез, либо ниже критических точек Ас\); 2) последующее регламентированное охлаждение, в процессе которого деформированный аустенит претерпевает полиморфное превращение. Чаще всего применяют закалку на мартенсит. Высокие механические свойства после ТМО обусловливаются получением мелкодисперсной структуры с повышенной плотностью.

Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас\ (723 °С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

Различают три вида отпуска : низкий (в интервале температур 150. 200°С), средний (300. 400°С), высокий (500. 600°С). При низком отпуске сталь сохраняет структуру мартенсита.При среднем и высоком отпуске проходят диффузионные процессы и мартенсит распадается с образованием смеси феррита с высокодисперсными частицами цементита (троостита или сорбита

8.Примеси в сталях и их влияние на свойства

Углерод в стали находится в виде химического соединения-Fe₃C (цементита), а также в виде твердого раствора — углерода Fe_αC (феррита).

С увеличением содержания углерода твердость и прочность стали увеличиваются, а пластичность и ударная вязкость понижаются.

В углеродистых сталях обычно содержится 0,10—0,35% Si и 0,3—0,8% Mn. Их присутствие благоприятно сказывается на качестве стали: с увеличением их процентного содержания увеличиваются упругие свойства стали, сопротивление коррозии, твердость, а также улучшаются магнитные свойства.

Фосфор и сера являются неизбежными вредными примесями. Сера находится в стали в виде соединения FeS. Присутствие серы способствует красноломкости стали, т. е. способности к образованию трещин при высоких температурах, понижению сопротивления усталости, уменьшению сопротивления коррозии.

Фосфор находится в стали в виде соединения Fe₃P. Кристаллы этого химического соединения обычно располагаются по границам зерен стали, ослабляя связь между ними и, тем самым, придавая стали хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость).

Углеродистая сталь по химическому составу подразделяется на три группы:

низкоуглеродистая, содержащая до 0,25% С;

среднеуглеродистая, содержащая 0,25—0,60% С;

высокоуглероднстая, содержащая 0,6—2,0% С.

Сталь по способу изготовления подразделяется на следующие виды:

обычного качества (изготовляется конверторным способом);

качественная (выплавляется конверторным способом и в мартеновских печах);

высокого качества (может выплавляться как в мартеновских, так и электрических печах).

Чем меньше в стали будет вредных примесей (серы и фосфора), тем выше качество стали.

9)Легированные стали и их свойства.

Стали, в которые вводят легирующие элементы (Cu, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mu, Co и др.) называются легированными. Легирование повышает коррозионную стойкость в условиях низких и высоких температур и давлений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др.

Cu, Si, Cr, Mo, Ni – коррозионную стойкость;

Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni – твердость и прочность;

Cr, Mn, Ni – вязкость;

Cr, Mn, Ni – сопротивление истиранию.

Преимущества легированных сталей особенно полно проявляется после термической обработки.

1)По содержанию углерода

С C c реднеуглеродистая

10)рельсовая сталь

Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой.

Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Марганец повышает твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали.

3. Превращения, происходящие при нагреве и охлаждении сталей и белых чугунов

Сталь доэвтектоидная. Пусть в этой стали углерода 0,3% (рис. 77).

При нагреве.

До А_с1 (727° С) превращений нет и сталь имеет структуру перлит + + феррит.

При А_с1 (727° С) происходит превращение перлита в аустенит и образуется структура аустенит + феррит.

От А_с1 до А_с3 феррит превращается в аустенит.

При А_с3 сталь имеет структуру аустенита.

От А_с3 до t 1 _с (температуры солидуса) сталь находится в твердом состоянии и имеет структуру аустенита.

При температуре солидуса начинается плавление аустенита.

От температуры солидуса (t 1 _с) до температуры ликвидуса (t 1 _л) имеется аустенит + жидкий сплав.

Выше t 1 _л сталь находится в жидком состоянии.

При охлаждении.

До температуры t 1 _л сталь находится в жидком состоянии.

При t 1 _л начинается кристаллизация аустенита.

От t 1 _л до t 1 _с происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава.

От t 1 _с до А_r₃ сталь имеет структуру аустенита.

От А_r₃ до А_r₁ часть аустенита превращается в феррит и сталь имеет структуру: аустенит + феррит.

При А_r₁ (727° С) происходит превращение аустенита в перлит.

Ниже А_r₁ сталь до полного охлаждения имеет структуру: перлит + феррит

Сталь эвтектоидная с содержанием 0,8% С (см. рис. 77).

При нагреве.

До А_с1 (727°С) превращений нет и сталь имеет перлитную структуру.

При А_с1 происходит превращение перлита в аустенит.

Выше А_с1 до начала плавления сталь имеет аустенитную структуру.

При температуре солидуса (для этой стали ft) начинается плавление аустенита.

От t 2 _c до t 2 _л (температура ликвидуса) происходит плавление и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава.

Выше t 2 _л сталь находится полностью в жидком состоянии.

До t 2 _л сталь находится в жидком состоянии.

При t 2 _л начинается кристаллизация аустенита.

От t 2 _л до t 2 _с происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит

из аустенита и жидкого сплава.

От t 2 _с до А_r₁ (727° С) сталь состоит из аустенита.

При А_r₁ происходит превращение аустенита в перлит.

Ниже А_r₁ сталь имеет структуру перлита (см. рис. 74, б).

Сталь заэвтектоидная. Пусть в этой стали, например, углерода 1,2% (см. рис. 77).

До А_c₁ (727° С) превращений нет и сталь имеет структуру: перлит + цементит вторичный.

При А_c₁ происходит превращение перлита в аустенит.

От А_c₁ до А_cm (критическая точка, лежащая на линии SE) происходит растворение цементита вторичного в аустените.

При А_cm сталь имеет аустенитную структуру.

От А_cm до температуры солидуса t 3 _с, лежащей на линии AE, сталь находится в аустенитном состоянии.

При t 3 _с начинается плавление аустенита.

В интервале от t 3 _с до t 3 _л сталь состоит из аустенита и жидкого сплава.

Выше t 3 _л сталь полностью находится в жидком состоянии.

До t 3 _л сталь находится в жидком состоянии.

При t 3 _л (температура ликвидуса) начинается кристаллизация аустенита.

От t 3 _л до t 3 _с происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит из жидкого сплава и аустенита.

При t 3 _с (температура солидуса) сталь полностью затвердевает и структура ее представляет аустенит.

От t 3 _с до линии SE (температура А_cm) структура стали не изменяется.

При А_cm начинается выделение цементита вторичного.

От А_cm до А_r₁ (727° С) происходит выделение цементита вторичного структура стали состоит из аустенита и цементита вторичного.

При А_r₁ (727° С) аустенит превращается в перлит,

и Ниже А_r₁ сталь имеет структуру: перлит + цементит вторичный (см. рис. 74, в).

Превращения в белых чугунах

Доэвтектический белый чугун. Пусть в этом чугуне, например, углерода 3,0% (см. рис. 77).

До А_с1 превращений нет и чугун имеет структуру: ледебурит + перлит + цементит вторичный. При этом сама эвтектика состоит из цементита и перлита.

При А_с1 происходит превращение перлита в аустенит. Это превращение претерпевает как свободный перлит, так и перлит, входящий в эвтектику.

Выше А_с1 чугун состоит из аустенита, цементита вторичного и ледебурита. При этом сама эвтектика состоит из цементита и аустенита.

От А_с1 до t_э (1147°С) происходит растворение цементита вторичного в аустените и аустенит насыщается углеродом до 2,14%.

При t_э плавится ледебурит.

Выше t_э чугун состоит из аустенита и жидкого сплава.

От t_э до t 4 _л плавится аустенит.

Выше t 4 _л чугун находится полностью в жидком состоянии.

До t 4 _л чугун находится в жидком состоянии.

При t 4 _л начинается кристаллизация аустенита.

От t 4 _л до t_э (1147°C) происходит кристаллизация аустенита и при t_э чугун состоит из аустенита с содержанием 2,14% С и жидкого сплава эвтектического состава 4,3% С).

При t_э происходит эвтектическая кристаллизация и образуется ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием 2,14% С.

От t_э (1147°C) до А_r₁ (727°С) из аустенита, как свободного, так и входящего в ледебурит, выделяется цементит вторичный и содержание углерода понижается до 0,8%. Следовательно, в этом интервале вторичного.

При А_r₁ (727°С) происходит превращение аустенита в перлит.

Ниже А_r₁ чугун состоит из ледебурита, перлита и цементита вторичного (см. рис. 75,а).

Эвтектический белый чугун 4,3% С) (см рис. 77).

До А_с1 превращений нет и чугун имеет структуру: ледебурит, состоящий из цементита, перлита и цементита вторичного.

При А_с1 происходит превращение перлита в аустенит. Выше А_с1 чугун имеет структуру: ледебурит, состоящий из цементита, аустенита и цементита вторичного.

От А_с1 до t_э происходит растворение цементита вторичного и аустенит насыщается углеродом до 2,14%.

При t_э чугун полностью расплавляется.

Выше t_э чугун находится полностью в жидком состоянии.

До t_э (1147°С) чугун находится в жидком состоянии.

При t_э (1147°C) чугун полностью затвердевает и образуется структура— ледебурит, состоящий из аустенита, содержащего 2,14% С, и цементита.

От t_э до А_r₁ из аустенита выделяется цементит вторичный и содержание углерода в аустените понижается до 0,8%.

При А_r₁ аустенит превращается в перлит.

Ниже А_r₁ чугун имеет структуру — ледебурит, состоящий из цементита, перлита и цементита вторичного (см. рис. 75,6).

Заэвтектический белый чугун. Пусть в этом чугуне, например 5,0% С (см. рис. 77).

До А_с1 превращений нет и чугун имеет структуру: ледебурит + цементит первичный.

При А_с1 (727°С) перлит, находящийся в эвтектике, превращается в аустенит.

Выше А_с1 чугун имеет структуру: ледебурит и цементит первичный, но сама эвтектика состоит из цементита и аустенита.

От А_с1 до t_э (1147°С) происходит насыщение аустенита углеродом вследствие растворения цементита вторичного и при 1147°С в аустените содержится 2,14%С.

При t_э плавится эвтектика.

Выше t_э чугун состоит из жидкого сплава и цементита"первичного От t_э до t 5 _л происходит плавление цементита первичного.

Выше t 5 _л чугун полностью находится в жидком состоянии.

До t 5 _л чугун находится в жидком состоянии.

При t 5 _л начинается кристаллизация цементита первичного.

От t 5 _л до t_э (1147°C) происходит кристаллизация цементита первичного и чугун состоит из жидкого сплава и цементита первичного.

При t_э чугун состоит из цементита первичного и жидкого сплава эвтектического состава, т. е. содержащего 4,3% С, который, кристаллизуясь при этой температуре, образует ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием 2,14% С.

Ниже t_э превращение претерпевает только ледебурит, а цементит первичный не изменяется. Превращение в ледебурите такое, как описано выше при рассмотрении доэвтектического и эвтектического чугуна, т. е. от t_э до А_r₁ внутри ледебурита выделяется цементит вторичный и чугун состоит из ледебурита и цементита первичного.

При А_r₁ внутри эвтектики аустенит превращается в перлит.

Ниже А_r₁ чугун состоит из ледебурита и цементита первичного (см. рис. 75,в).

Читайте также: