2.4.3. Превращения в чугунах.

Точка С (4,3%углерода) представляет собой эвтектическую точку (эвтектикой называют равномерную мелкозернистую смесь двух фаз, которые одновременно кристаллизуются из жидкого сплава). Она соответствует температуре 1147ºС, при которой кристаллизуется сплав указанного содержания углерода, при этом одновременно выделяются из жидкого сплава кристаллы аустенита и цементита, образуя эвтектическую смесь – ледебурит. Его структура представляет собой равномерную смесь кристаллов аустенита с цементитом. Чугун, содержащий 4,3% углерода, называется эвтектическим. Чугуны, содержащие менее 4,3%С, называют доэвтектическим. Их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии ВС, с выделением аустенита, и заканчивается при температурах, лежащих на линии ЕС образованием ледебурита. При дальнейшем понижении температуры растворимость углерода уменьшается и из аустенита начинает выделяться вторичный цементит. Когда углерода в аустените останется 0,8%, при 727ºС аустенит переходит в перлит. Таким образом, в доэвтектическом чугуне образуется структура, состоящая из ледебурита, перлита и вторичного цементита.

Чугуны, содержащие более 4,3% углерода, называют заэвтектическими. Их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии CD. При этом выделяется первичный цементит. Кристаллизация заканчивается при температуре 1147ºС по линии CF образованием ледебурита. Получившаяся структура остаётся неизменной. В составе ледебуритной эвтектики при температуре 727ºС аустенит переходит в перлит. Структура заэвтектических чугунов состоит из ледебурита и первичного цементита.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов позволяет установить температурные режимы кристаллизации сталей и белых чугунов, режимы горячей обработки давлением (ковки, прокатки, штамповки) режимы термической обработки. и т.д.

При очень медленном охлаждении кристаллизация может идти таким образом, что углерод будет выделяться в виде графита, а не цементита. Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода в виде графита называются серыми чугунами.

Дополнение к лекции №3

Диаграмма состояния железо-цементит отражает нестабильное равновесие фаз. Точка А соответствует температуре плавления чистого железа (1539ºС), а точка D – температуре плавления цементита (1250…1600ºС) Процесс кристаллизации сплавов железо-углерод (в зависимости от содержания углерода) начинается при температуре, отложенных на линии ABCD. Эта линия называется линией ликвидус.

Конец затвердевания сплавов происходит при температурах, отложенных на линии AHJECF. Эта линия называется линией солидус. Точка Е характеризует предельную растворимость углерода в γ-железе (2,14%C) при температуре 1147ºС.

С изменением концентрации углерода в сплаве при температурах, соответствующих участку АС линии ликвидус, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а при температурах, соответствующих участку CD, кристаллизуется цементит, называемый первичным.

В точке С при температуре 1147ºС и концентрации углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и первичный цементит с образованием эвтектики (смеси), называемой ледебуритом. На участке АЕ линии солидус сплавы с содержанием углерода до 2,14% кристаллизуются с образованием аустенита. На участке ЕС линии солидус при температурах 1147ºС сплавы с содержание м 2,14…4,3%C кристаллизуются с образованием ледебурита и аустенита. На участкеCF линии солидус при температурах 1147ºС сплавы с содержанием 4,3…6,67%C кристаллизуются с образованием ледебурита и цементита.

Все железоуглеродистые сплавы в результате первичной кристаллизации, имеющие ледебурит и более 2,14%C, называются чугунами. После кристаллизации (линияAHJECF)в железоуглеродистых сплавах с понижением температуры происходят структурные превращения.. Превращения в твёрдом состоянии характеризуют линии GS, SE,PSK и PQ. Точка G соответствует полиморфному превращению γ-железа в α-железо при температуре 911ºС.

Точка S при температуре 727ºС и концентрации углерода 0,8% показывает минимальную температуру равновесного скуществования аустенита. При понижении температуры ниже 727ºС происходит распад аустенита с одновременным выделением феррита и цементита – образуется эвтектоидная смесь, называемая перлитом.

Точка Р характеризует предельную растворимость углерода в α-железе при температуре 727 ºС, которая не превышает 0,02%.

Точка Q является граничной. Все сплавы, лежащие левее её, состоят только из феррита и называются техническим железом.

Все сплавы, имеющие концентрацию углерода дл 0,8% (проекция точки S), называются доэвтектоидными сталями. Они имеют в структуре феррит и перлит. Сплав железа с углеродом, в котором концентрация углерода равна 0,8%, называется эвтектоидной сталью. Структура её перлитная. Сплавы, в которых концентрация углерода меняется от 0,8 до 2,14% (проекция точки Е), называются заэвтектоидными сталями. Их структура состоит из перлита и цементита.

Линия GS показывает начало превращения аустенита в феррит при охлаждении и, наоборот, при нагреве.

Линия SE показывает уменьшение растворимости углерода в аустените от 2,14% при 1147 ºС до 0,8% при 727 ºС. С понижением температуры от 1147 ºС до 727 ºС из аустенита выделяется избыточный углерод, образуя вторичный цементит.

Линия PSK характеризует превращения в результате распада аустенита (температура ниже 727 ºС) на смесь феррита и цементита, называемую перлитом.

Линия PQ показывает уменьшение растворимости углерода в феррите с понижением температуры от 0,02% при 727 ºС до 0,006% при 20 ºС. Выделяющийся из феррита избыточный углерод образует цементит, называемый третичным.

Лекция №3