6.8.1 Формирование структуры белых чугунов

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии, то есть в виде цементита. Структура белого чугуна формируется в условиях относительно быстрого охлаждения расплава в соответствии с метастабильной диаграммой железо - цементит.

Схемы структурных изменений во время кристаллизации белых чугунов разного химического состава (доэвтектического, эвтектического и заэвтектического) приведены на рис. 6.6. Рассмотрим детально формирование структуры эвтектического чугуна.

Кристаллизация эвтектического белого чугуна (сплав 2) происходит в один этап. При температуре чуть выше Т_S (Т_S+Т) сплав в соответствии с диаграммой состояния состоит на 100% из жидкой фазы, а чуть ниже (Т_S-Т) – из аустенита и цементита. Значит при температуре Т_S должно произойти превращение одной жидкой фазы в две твердых:

L_C  A_E +Ц

Такое превращение называется эвтектическим. Железоцементитная эвтектика, которая при этом образуется, имеет характерное строение и интерпретируется как отдельная структурная составляющая под названием ледебурит. Его строение характерно сплошным цементитным каркасом и проросшими в нем стержнями аустенита. Поэтому на схемах структур его изображают в виде светлых кружочков (аустенит) на светлом поле (цементит). Соотношение фаз можно легко определить по правилу отрезков. Длины отрезков EC и CF практически одинаковы, значит, в ледебурите при его образовании этих фаз содержится приблизительно поровну, что следует учитывать при изображении схем структур. При дальнейшем охлаждении в интервале температур между линиями ECF и PSK снижается растворимость углерода в аустените (в соответствии с наклоном линии ES и из аустенита происходит выделение вторичного цементита, который структурно не обособлен, а присоединяется к цементиту ледебурита. При некотором переохлаждении относительно температуры эвтектоидного превращения (линия PSK ) оставшийся аустенит превращается в перлит и на схемах структур светлые кружочки, обозначающие ранее аустенит, изображают темными – перлит. Получающуюся при этом структуру также называют ледебуритом, но для того, чтобы подчеркнуть произошедшие изменение добавляют слова видоизмененный или превращенный.

Кристаллизация доэвтектического чугуна (сплав 1) протекает в два этапа. В интервале температур 1... 2 кристаллизуется аустенит. При этом химический состав жидкой фазы изменяется в соответствии с наклоном линии ВС диаграммы, то есть жидкость обогащается углеродом. При эвтектической температуре концентрация жидкой фазы будет отвечать точке С, то есть будет эвтектической. При некотором переохлаждении относительно эвтектической линии эвтектическая жидкость кристаллизуется в эвтектику, точно также состоящую из аустенита и цементита - ледебурит. После окончания кристаллизации структура состоит из аустенита и ледебурита. При дальнейшем охлаждении происходят такие же превращения, как и в эвтектическом чугуне: вначале происходит выделение вторичного цементита а при некотором переохлаждении относительно эвтектоидной линии аустенит состава точки S превращается в эвтектоид - перлит. Таким образом, структура доэвтектического белого чугуна будет состоять из перлита и ледебурита видоизмененного.

Т ж D 1 2 3

1 2 3 _ ж - -_ ж

a e -_- - ж -_-_ ж

ж+А ж+Ц₁ - _- А -_ -_- Ц₁

- - ж _- - -_

b f -_-_- -_- _--_--

Л

Е С F А Л Л

А+Ц Ц₁

c d g Л_в

Л_в Л_в

K П Ц₁

Ф+Ц

2.03 4.3 6.67

% С 

Процесс формирования структуры в заэвтектическом белом чугуне отличается только тем, что предварительно из жидкости происходит выделение не аустенита, а первичного цементита и конечная структура состоит из крупных пластинчатых кристаллов первичного цементита и видоизмененного ледебурита