Анализ диаграммы фазового равновесия сплавов системы «ЖЕЛЕЗО – ЦЕМЕНТИТ» (90

образовавшемся аустените не происходит. В точке 3 начинается, а в точке 4

заканчивается перестройка кристаллической решетки аустенита (ГЦК) в

кристаллическую решетку феррита (ОЦК). При охлаждении в интервале температур 3 – 4 состав аустенита меняется по линии GS, а состав феррита – по линии GP. От точки 4 до точки 5 превращений не происходит, образовавшийся феррит просто охлаждается. Линия PQ соответствует линии переменной растворимости. Ниже этой линии сплав пересыщен углеродом, происходит выделение избыточного углерода, образующего химическое соединение с железом, т.е. цементит. При охлаждении цементит выделяется непрерывно, и

концентрация углерода в феррите уменьшается по линии PQ, составляя при комнатной температуре 0,006% С.

Таким образом, при комнатной температуре сплав I с содержанием углерода менее 0,02% имеет двухфазную феррито-цементитную структуру (рис.

4).

При содержании углерода в сплаве менее 0,025% количество фазовых и структурных составляющих совпадает и рассчитывается по правилу отрезков:

Сплав II содержит 0,5% С. Образование кристаллов аустенита происходит в интервале температур 1 – 2. Состав аустенита изменяется по линии солидус

АЕ, состав жидкой фазы по линии ликвидус АС. В точке 2 кристаллизация аустенита заканчивается, и от точки 2 до точки 3 структурных изменений в нем не происходит, аустенит просто охлаждается. В точке 3 начинается выделение феррита из аустенита. Концентрация углерода в феррите изменяется по линии

GP, а концентрация углерода в аустените – по линии GS. При охлаждении сплава до точки 4 состав аустенита будет соответствовать точке S, т.е.

эвтектоидному составу. При температуре 727°С произойдет эвтектоидное превращение с образованием перлита A(S) → Ф(Р)+ Ц(K).

Таким образом, при комнатной температуре сплав II с содержанием

Рис. 5. Микроструктура сплава II (0,5% C) – а; схема ее изображения – б

углерода 0,5% имеет двухфазную феррито-перлитную структуру (рис. 5).

1. Расчет количества фазовых составляющих:

2. Расчет количества структурных составляющих:

Количество перлита в структуре будет увеличиваться по мере роста содержания углерода в сплаве вплоть до концентрации 0,8%.

Сплав III, содержащий 0,8% С, по составу соответствует точке S. Аус-тенит сплава с такой концентрацией углерода не испытывает превращений при

Наличие сетки цементита вторичного в заэвтектоидных сталях ухудшает

механические свойства материала и повышает вероятность разрушения

Ф

мкм

Рис. 8. Микроструктура сплава IV (1,7 % C) после сфероидизирующего отжига,

полученная методами: а – оптической; в – атомно-силовой микроскопии;

конструкции в результате повышения хрупкости материала. Поэтому для улучшения механических свойств для сплавов с содержанием углерода более

0,75% применяют сфероидизирующий отжиг, в ходе которого получают структуру зернистого перлита (рис. 8, а, б), в котором цементит имеет округлую форму (рис. 8, в).

В сплавах со структурой зернистого перлита цементит вторичный визуально не идентифицируется.

3.2. Анализ фазового и структурного составов белых чугунов

При первичной кристаллизации сплавов с содержанием углерода более

2,14% происходит эвтектическое превращение, в процессе которого из жидкости, содержащей 4,3% углерода, образуется ледебурит – механическая смесь двух твердых фаз: аустенита и цементита. На рис. 9 представлены кривые охлаждения для сплавов с содержанием углерода, соответствующего

1

1

Рис. 9. Кривые охлаждения белых чугунов

доэвтектическому, эвтектическому и заэвтектическому составам.

В сплаве V с содержанием углерода 3,5% кристаллизация начинается в точке 1 выделением аустенита из жидкого раствора и заканчивается в точке 2.

При охлаждении в интервале температур между точками 1 и 2 состав аустенита изменяется по линии солидус, а концентрация углерода в жидкой фазе – по линии ликвидус. В точке 2 при 1147°С состав жидкости соответствует точке С,

т.е. жидкость имеет концентрацию углерода, равную 4,3%. Количественное

соотношение жидкой и твердой фаз в точке 2 определяется отношением отрезков Е2 и 2С. Длину отрезков можно измерять в миллиметрах или определять по разности концентраций. Если соотношения отрезков умножить на 100, то получим количество составляющих в процентах. При 1147°С

происходит эвтектическое превращение L(С) → А(Е) + Ц(F). При дальнейшем охлаждении в интервале 2 – 3 из аустенита, как структурно свободного, так и входящего в эвтектику (ледебурит), выделяется вторичный цементит. Состав аустенита изменяется по линии ES, т.е. от 2,14 до 0,8% С. В точке 3 происходит перлитное превращение аустенита, содержащего 0,8% С.

Таким образом, при комнатной температуре сплав V, содержащий

3,5% С, имеет двухфазную перлито-ледебуритную структуру (рис. 10).

Вторичный цементит и цементит ледебурита сливаются и практически

ЦII

П

Лпр

Рис. 10. Микроструктура сплава V (3,5% C): а – дендриты перлита

(бывшего аустенита), вторичный цементит и ледебурит;

неразличимы.

1. Расчет количества фазовых составляющих:

4,3% С, имеет двухфазную ледебуритную структуру (рис. 11).

1. Расчет количества фазовых составляющих:

2. Расчет количества структурных составляющих:

Ледебуритпр, % 100 %.

В сплаве VII, содержащем 5,5% С, кристаллизация начинается с образования кристаллов цементита. Такой цементит называют первичным.

Первичный цементит выделяется из жидкости при охлаждении в интервале температур 1 – 2. Состав жидкости при этом меняется по линии ликвидус и в точке 2 жидкость содержит 4,3% С. Количественное соотношение жидкой и твердой фаз в точке 2 определяется соотношением отрезков Е2 и С2. При 1147°С

происходит эвтектическое превращение. Аустенит образовавшегося ледебурита при охлаждении испытывает превращения, рассмотренные выше.

Таким образом, при комнатной температуре сплав VII, содержащий 5,5%

Рис. 12. Микроструктура сплава VII (5,5% C): а – иглы цементита и ледебурит;

С, имеет двухфазную цементито-ледебуритную структуру (рис. 12).

1. Расчет количества фазовых составляющих: