5.2.1. Первичная кристаллизация сталей

С плав I (до 0,1 % С). Кристаллизация δ-феррита начинается на линии ликвидуса АВ в точке 1 (рис. 5.4). По мере охлаждения изменяется состав и количество жидкой и твердой фаз. По правилу отрезков (§ 4.2) можно найти какие кристаллы образуются при кристаллизации. Внутри двухфазной области проводится конода – изотермическая линия ab. Проекция точки a на ось концентраций покажет состав твердой фазы, точки b – жидкой. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса АВ, твердой – по ветви AH линии солидуса. Центральная часть растущего зерна δ-феррита менее обогащена углеродом, чем периферийная. Это приводит к внутрикристаллической ликвации. При медленном охлаждении концентрация углерода выравнивается за счет диффузии из периферийной части. Кристаллизация δ-феррита заканчивается в точке 2 на линии солидуса AH. От точки 2 до точки 3 сплав охлаждается без изменений в структуре. В интервале температур между точками 3 и 4 происходит полиморфное превращение δ-феррита в аустенит. В этой температурной области одновременно сосуществуют два твердых раствора. Сначала превращение δ-феррита в аустенит происходит в более обогащенной периферийной части зерна δ-феррита, по мере охлаждения – в менее обогащенной углеродом центральной части. Состав δ-феррита изменяется по линии НN, аустенита – по линии JN. Ниже точки 4 сплав охлаждается в аустенитном состоянии.

Сплав II (0,1–0,16 % С). Кристаллизация δ-феррита начинается на линии ликвидуса АВ в точке 1, заканчивается в точке 2 на перитектической линии HJB. При температуре 1499 °С концентрации углерода в δ-феррите достигает 0,1 %, в жидкости – 0,5 %. Далее происходит перитектическое превращение – жидкая фаза взаимодействует с ранее выделившимися кристаллами δ-феррита и образуются кристаллы новой фазы – аустенита с содержанием углерода 0,16 %:

δ _0,1 + Ж_0,5 → γ_0,16 .

Согласно правилу отрезков, на перитектическую реакцию требуется количество δ-феррита, равное: . В сплаве II содержится δ-феррита больше , чем требуется на перитектическую реакцию. По окончании перитектического превращения часть δ-феррита сохраняется. Структура сплава состоит из аустенита и избыточного δ-феррита, который при дальнейшем понижении температуры до точки 3 превращается в аустенит. При охлаждении ниже точки 3 сплав будет состоять только из кристаллов аустенита.

Сплав III (0,16–0,5 % С). Кристаллизация δ-феррита начинается на линии ликвидуса АВ в точке 1, а заканчивается в точке 2 на перитектической линии HJB. При 1499 °C происходит перитектическое превращение. Согласно правилу отрезков, на перитектическую реакцию требуется количество жидкой фазы, равное: . В сплаве III содержится жидкой фазы больше: . По окончании перитектического превращения часть жидкой фазы сохраняется. При понижении температуры до точки 3 продолжается кристаллизация аустенита из жидкой фазы. Ниже этой точки сплав будет состоять из аустенита.

Сплав IV (0,6 % С). Кристаллизация начинается в точке 1 с образования аустенита и продолжается до точки 2. При этом кристаллы аустенита имеют различную концентрацию углерода (изменяющуюся по ветви J2 линии солидуса). Ниже температуры точки 2 структура сплава состоит из аустенита.