Превращение в диаграмме Fe–Fe3c
В диаграмме (рис. 6.6) отмечено три линии, параллельные оси концентрации – HJB, ECF и PSK, характеризующие различные превращения.
Рис. 6.6. Область перитектического превращения к диаграмме Fe-Fe3C
Линия HJB характеризует перитектическое превращение (рис. 6.6), суть которого в том, что из жидкости концентрации т. В (0,5% С) и высокотемпературного феррита концентрации т. Н (0,1% С) образуется одна фаза – аустенит концентрации т. J (0,16% С).
Жв = Фн – Aj.
Рассмотрим кривую охлаждения сплава 1 с содержанием углерода 0,16% (точно соответствующего перитектической реакции). В т. 1 в жидкости начинается кристаллизация твердой фазы – феррита, которого по мере охлаждения становится всё больше и к т. 2 он приобретает концентрацию т. Н. Оставшаяся жидкость в этот момент имеет концентрацию т. В. При взаимодействии Фн и Жв происходит перитектическое превращение с образованием AJ. В интервале концентраций между т. Н и J после превращения остается избыточный феррит, а между т. J и В – избыточная жидкость, которая по мере охлаждения также превращается в аустенит, но иной концентрации, чем перитектический. По мере охлаждения концентрация аустенита за счет диффузии атомов углерода уравнивается.
В сплавах с содержанием углерода менее 0,1% и более 0,5% перитектическое превращение не идет.
Линия ECF характеризует эвтектическое превращение (рис. 6.7), суть которого в том, что из жидкости концентрации т. С (4,3% С) кристаллизуется механическая смесь двух фаз – аустенита концентрации, т. Е (2,14% С) и цементита: Жс – Ае + Ц.
Эвтектическая механическая смесь носит название «ледебурит» и имеет концентрацию т. С (4,3% С). Как и все превращения, эвтектическое идет при остановке температуры (т.1–1) и заканчивается при кристаллизации всей жидкости.
Итак, эвтектический чугун имеет при температуре ниже 1147 °С структуру ледебурита, состоящего из А + Ц. В доэвтектическом чугуне в т. 2 (рис. 6.7, сплав 2) из жидкости вначале кристаллизуются зерна аустенита. По мере охлаждения количество аустенита растет, а жидкость обогащается углеродом (концентрация изменяется по линии ВС) и при температуре 1147 °С имеет концентрацию т. С (4,3% С), т.е. эвтектическую.
В
т. 3–3' идет эвтектическое превращение
до полной кристаллизации жидкости в
ледебурит. Следовательно, доэвтектический
чугун наряду с ледебуритом имеет в
структуре зёрна первоначально
образованного аустенита. По аналогии
в заэвтектическом чугуне (рис. 6.7,
сплав 3) первоначально из жидкости
выделяется цементит, обедняя жидкость,
которая при температуре 1147 °С также
имеет эвтектическую концентрацию.
Рис. 6.7. Область эвтектического превращения в диаграмме железо-цементит
Рис. 6.8. Область эвтектоидного превращения в диаграмме железо-цементит
Заэвтектический чугун наряду с эвтектикой – ледебуритом имеет пластины первоначально выделившегося из жидкости цементита, отмечаемого как первичный (Л + Ц).
Впоследствии при охлаждении чугуна входящий в его структуру аустенит на линии PSK претерпевает эвтектическое превращение с образованием перлита. Чугун ниже 727 °С имеет следующую структуру: эвтектический – ледебурит (П + Ц); доэвтектический П + Л (П + Ц); заэвтектический – Ц + Л (П + Ц).
Линия PSK характеризует эвтектоидное превращение (рис. 6.8), суть которого в том, что из аустенита концентрации т. S (0,8% С) обра-зуется механическая смесь двух фаз – феррита концентрации т. Р (0,02% С) и цементита: А – Фр + Ц.
Механическая эвтектоидная смесь носит название «перлит» и имеет содержание углерода 0,8%. Как правило, в равновесном состоянии в сталях перлит имеет пластинчатое строение (чередующиеся пластины феррита и цементита). Эвтектоидное превращение идет с остановкой температуры до исчезновения аустенита (рис. 6.8, сплав 1, т, 11'). Наиболее характерно образование эвтектоидной смеси перлита для сталей. Стали даже получили деление на эвтектоидные, доэвтектоидные и заэвтектоидные.
В доэвтектоидной стали (рис. 6.8, сплав 2) из аустенита первоначально выделяется феррит (т. 2), обогащая аустенит, концентрация которого по мере охлаждения приближается к концентрации точки S. При достижении линии PSK в оставшемся аустените происходят эвтектоидные превращения с образованием перлита. Таким образом, доэвтектоидная сталь состоит из Ф + П, причем, чем больше углерода, тем большее количество перлита наблюдается в структуре .
В заэвтектической стали (рис. 6.8, сплав 3) из аустенита первоначально выделяется цементит, называемый вторичным – ЦΙΙ, обедняя аустенит по углероду, концентрация которого по мере охлаждения аустенита приближается к концентрации т. S. Далее, аустенит превращается в эвтектоидную смесь – перлит по известной схеме. В результате структура заэвтектоидной стали представляет собой перлит и цементит вторичный (П + ЦΙΙ ). Отличительной особенностью является то, что ЦΙΙ выделяется в виде сетки по границам зерна аустенита на месте которого может возникнуть в последующем несколько зёрен перлита. Отсюда и структура заэвтектоидной стали при температуре менее 727 °С: зёрна перлита и сетка ЦΙΙ, окаймляющего одно или несколько зёрен перлита пластинчатого.
Как ранее было отмечено, в технически чистом железе находится не более 0,02% С, что и определяет специфику формирования его структуры. Из диаграммы Fe – Fe3C видно (рис. 6.9), что эвтектоидного превращения для такого рода сплавов не происходит. Из аустенита при охлаждении начинает выделяться феррит (сплав I, т.1–2; сплав II, т.3–4). Разница феррита и сплавов только в количестве растворенного углерода. Если углерода менее 0,01%, то структура феррита остаётся неизменной вплоть до комнатной температуры. Если же углерода более 0,01% и до 0,02%, то при пересечении при охлаждении линии PQ растворимость углерода в феррите падает (рис. 6.9, сплав II) и углерод выделяется по границам зёрен феррита в виде включений ЦΙΙΙ (цементита третичного).
Рис. 6.9. Ферритная область диаграммы Fe – Fe3C
Процесс выделения ЦΙΙΙ из феррита характерен для всех железоуглеродистых сплавов, имеющих в структуре феррит, просто его уловить в других структурах практически невозможно вследствие его объединения с другими видами цементита.