4. Кристалізація типових сплавів.

Розглянемо кристалізацію сплаву з концентрацією 1% С. Кристалізація починається в точці 1 виділяються кристали аустеніту з рідкої фази, в межах температур 1-2 відбувається охолодження розплаву і в точці 2 закінчується кристалізація аустеніту. В межах температур 2-3 відбувається охолодження сплаву. В точці 3 маємо насичений твердий розчин аустеніту розчинність цементиту в якому знижується по лінії ES. Внаслідок протікання вторинної кристалізації виділяється сітка вторинного цементиту в межах температур 3-4. В точці 4 внаслідок протікання евтектоїдної реакції аустеніт розпадається на суміш зерен фериту та цементиту, утворюється перліт. Нижче температури 4 до кімнатної відбувається остаточне охолодження сплаву і утворюється структура зерен перліту (ферит + цементит) та цементиту вторинного у вигляді сітки.

Заключний етап:

а) завдання для самопідготовки студентів: Л3 – с. 140 – 144

б) питання:

1) Основні фази діаграми, їх характеристика.

2) Компоненти системи.

3) Основні лінії діаграми.

4) Структурні області діаграми.

5) Евтектичне перетворення.

6) Евтектоїдне перетворення.

7) Кристалізація типових сплавів системи.

Тема 3.5. Діаграма стану Fe-C. Сірі чавуни

План

1. Фази та фазові області системи Fe-C.

2. Процес кристалізації сірих чавунів. Мікроструктури сірих чавунів.

3. Вплив складу і швидкості охолодження на структуру чавунів.

4. Чавуни сірі, ковкі та високоміцні.

Рекомендована література:

1. Самохоцкий А.Н. „Металловедение”, изд. Металургія, 1990, М.

2. Бялик О.М., Черненко В.С., Писаренко В.М., Москаленко Ю.Н. Металознавство М. ”Политехника”, 2002

3. Лахтин Ю.М. „Металловедение” и „Термическая обработка металлов”; М „Металлургия”; 1979

4. В. Попович „Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство” Львів, 2002р.

Студенти повинні знати:

Основні поняття про сплав, типи зв’язків у сплавах, основні лінії та області діаграми, розташування сірих чавунів.

Студенти повинні вміти:

Визначити тип сплаву, дати порівняльну характеристику між сірими, ковкими та високоміцними чавунами.

1. Фази та фазові області діаграми Fe-c

Діаграма стану залізо — графіт (стабільна) характеризує фазовий стан залізовуглецевих сплавів, у яких перетворення відбуваються з утворенням цілком рівноважних фаз. У стабільній системі залізо — графіт фазами є: рідкий сплав — рідкий розчин (розплав) заліза з вуглецем, аустеніт, ферит і графіт. Характеристики аустеніту і фериту були дані при розгляді метастабільної системи залізо — цементит. Особливістю розглянутої стабільної системи є утворення графіту.

Графіт являє собою вільний вуглець. Схема атомної будови вуглецю показана на мал. 1, а. Атом вуглецю має чотири валентних електрони, за допомогою яких він зв'язаний з чотирма сусідніми атомами. Кристалічні ґрати графіту представлені на мал. 1, б. Як видно з мал. 1, б, атоми вуглецю розташовуються шарами. У кожнім шарі відстань між центрами атомів дуже мала (0,142 нм), сили зв'язку між атомами великий і зв'язок виходить міцної. Однак між атомами, розташованими в рівнобіжних шарах, відстань більше (0,34 нм), міжатомні сили зв'язку ослаблені, тому графіт легко сколюється по шарах.

Щільність графіту 2,2 г/см³ (щільність α-заліза 7,68 г/см³), він м'який, міцність невелика.

Графіт є неметалічною фазою. При розгляді під мікроскопом нетравлених шліфів графіт виявляється у виді темних (чорних) включень. При виготовленні шліфа графіт легко викришується з порожнин, у яких він розташований, тому при розгляді шліфа під мікроскопом часто видний не графіт, а порожнина, з якої він викришився.

На мал. 2 діаграма стану залізо — графіт представлена окремо. На діаграмі лінії ВС' (ліквідус) і JE' (солідус) визначають температури початку і кінця кристалізації рідких сплавів з утворенням кристалів аустеніту. Це перетворення в сплавах системи залізо — графіт протікає в теж температурному інтервалі, що й у сплавах системи залізо — цементит.

Лінія ліквідусу C'D' відповідає температурам початку кристалізації рідких сплавів з виділенням графіту (графіт первинний, Г,). Виділення з рідкого сплаву графіту первинного відбувається в інтервалі температур між лініями C'D' і Е'С' (евтектична горизонталь, 1153^оС). При температурі цієї горизонталі рідкий сплав складу крапки С' (4,26% С) кристалізується з утворенням евтектики яка складається з аустеніту складу крапки Е' (2,11% С) і графіту:

Рідина_4.26→Аустеніт_2.11 + Графіт

Евтектику (А + Г) називають графітною евтектикою. Лінія Е'S — це лінія граничної розчинності вуглецю— у γ залізі (граничного вмісту вуглецю в аустеніті). При зниженні температури концентрація вуглецю в аустеніті зменшується, і з аустеніту виділяється вуглець, що утворить включення вторинного графіту.

Лінія P'S'K' — евтектоїдна горизонталь (738^оС). При температурі, що відповідає цієї горизонталі, аустеніт складу крапки S' (0,69% С) розпадається з утворенням евтектоїда, що складається з фериту складу крапки Р' і графіту:

Аустеніт_0.69→Ферит + Графіт_{евтектоїдний}

Евтектоїд, що містить графіт, називають графітним евтектоїдом.

Після повного охолодження всі сплави системи залізо — графіт складаються з двох фаз — фериту і графіту.

Основна маса графіту виділяється при первинній і евтектичній кристалізації. Особливість кристалізації графіту полягає в наступному.

У рідкому сплаві кристалізація графіту відбувається шляхом утворення центрів кристалізації і їхніх ростів. Після того як центр кристалізації утворився, подальша кристалізація графіту відбувається шляхом приєднання атомів вуглецю до наявного центра. Включення графіту росте, розгалужується і здобуває форму розеток із сильно скривленими пелюстками. Так кристалізується первинний і евтектичний графіт. Після закінчення затвердіння при подальшому охолодженні графіт вторинний і евтектоїдний графіт власних центрів кристалізації не утворять, а приєднуються до раніше виділившихся з рідкого сплаву включенням, збільшуючи їхні розміри. Тому спостерігаючи під мікроскопом включення графіту, не можна вказати, яка частина даного включення утворилася з рідкого сплаву, а яка — у результаті вторинної чи евтектоїдної кристалізації.