Дальнейшие изменения структуры сплавов происходят при понижении

температуры в твердом состоянии, т. е. при вторичной кристаллизации.

Вторичная кристаллизация в сплаве железо—углерод связана с переходом у-железа в а-железо и характеризуется линиями диаграммы GSЕ и РSК.

Линия 0S показывает начало превращения аустенита в феррит, поэтому в области GSР будет структура аустенит + феррит. Критические точки, лежащие на линии 0S, обозначаются при нагреве А_с3-при охлаждении аrз.

Линия SЕ показывает снижение растворимости углерода в железе с понижением температуры. Критические точки на этой линии обозначают Аст. Если в точке Е при температуре 1147 °С растворимость углерода максимальная и достигает 2, 14 %, то в точке S при 727 °С растворимость углерода составляет всего 0, 8 %. Следовательно, во всех сталях в интервале концентраций углерода от 2, 14 до 0, 8 % из аустенита выделяется избыточный углерод в соединении с железом в виде цементита, называемого вторичным, а сталь имеет структуру аустенит + цементит вторичный.

Точка S является концом равновесного существования аустенита и называется эвтектоидной точкой. Она делит все стали на две типичные группы: левее точки S — доэвтектоидные со структурой перлит + феррит, правее—заэвтектоидные со структурой перлит + цементит вторичный. В точке S сталь содержит 0, 8 % углерода, имеет структуру перлита и называется эвтектоидной сталью.

При охлаждении аустенита с низким содержанием углерода в результате его превращения в феррит в области QРG образуется однофазная ферритная структура

Для всех сплавов железо—углерод распад аустенита заканчивается по линии РSК (727 °С). Критические точки, лежащие на этой линии, обозначают при нагреве Л_с1 при охлаждении —А_r1

Выше линии РSК чугуны с содержанием углерода от 2, 14 до 43 % состоят из аустенита, вторичного цементита и ледебурита, а ниже линии РSК аустенит переходит в перлит, и структура чугунов будет перлит + цементит 4+ ледебурит. Группа чугунов с указанным содержанием углерода называется доэвтектическими чугунами.

Чугун с содержанием углерода 4, 3 % имеет структуру ледебурита и называется эвтектическим чугуном. В заэвтектических чугунах с содержанием углерода от 4, 3 до 6, 67 % выше линии РSК образуется структура ледебурит + цементит, ниже линии РSК их структура сохраняется. Итак, рассматривая превращения в железоуглеродистых сплавах по диаграмме состояния, можно отметить следующие особенности:

точки С и S являются характерными точками структурных превращений. Выше точки С находится жидкий раствор, а выше точки S—твердый раствор (аустенит);

в точке С сходятся линии ликвидус АС и СD указывающие соответственно на начало выделения кристаллов аустенита и цементита из жидкого раствора (первичной кристаллизации), и образуется эвтектическая механическая смесь — ледебурит.

Повышение содержания углерода в доэвтектоидной стали (увеличивается количество цементита) вызывает повышение ее твердости и прочности и в то же время снижение пластичности и вязкости.

В заэвтектоидных сталях увеличение содержания углерода (увеличение количества вторичного цементита) ведет к дальнейшему повышению твердости, но пластичность и вязкость снижаются еще в большей степени.

Фосфор, сера и кислород являются вредными примесями. Так, фосфор вызывает хладноломкость стали, т. е. повышает ее хрупкость при низких температурах, а сера

—красноломкость, т. е. склонность к образованию трещин при высоких температурах, кислород уменьшает вязкость стали. Предельное содержание фосфора 0, 08 %, серы— 0, 05%.

Рассмотрим превращения структуры стали под воздействием температуры. Все описанные выше структуры стали —феррито-перлитная, перлитная и перлитоцементная обратимы.

Так, при нагреве доэвтектоидных сталей до температуры выше 727 °С (PSK - линия А_с1) перлит превращается в аустенит. При дальнейшем нагреве феррит растворяется в аустените и заканчивается процесс превращения по линии OS (Aс₃). У эвтектоидной стали (0, 8 % С) перлит превращается в аустенит в точке S.

При нагреве заэвтектоидной стали перлит превращается в аустенит при температуре 727 °С (линия А_с1) и при дальнейшем нагреве происходит растворение цементита (вторичного) в аустените, которое заканчивается по линии SЕ (Аст.).

Таким образом, при нагреве стали выше точки S и линий А_с3 и Асm ее структура представляет собой аустенит.

Однако вновь образующийся аустенит оказывается неоднородны, как содержание углерода будет больше в тех местах, где залегли пластинки цементита. Для получения однородного аустенита необходимо не только нагреть сталь до температуры на 30—50 °С выше А_с3 и А_ст, но и выдержать ее при этой температуре некоторое время для завершения диффузионных процессов.