3.1.3. Перитектическое превращение

Этот участок (левая верхняя часть диаграммы Fe-Fe₃C) представлен отдельно на рис. 46.

Рис. 46. Перитектическое превращение в железоуглеродистых сплавах: а – часть диаграммы Fe-Fe₃C; б – схемы кривых охлаждения сплавов

Из диаграммы видно, что кристаллизация сплавов с содержанием углерода до 0,5 % начинается по линии АВ (ликвидус). На перитектической горизонтали HJB происходит перитектическое превращение между жидкой фазой состава точки В (Ж_0,5) и ферритом точки Н (Ф_0,1). В результате образуется аустенит состава точки J (А_0,16). Это превращение наглядно демонстрирует сплав III (содержание углерода 0,16 %) кристаллизация которого начинается в точке 8. При температуре ниже этой точки из жидкого расплава выделяются кристаллы высокотемпературного феррита. По мере понижения температуры, концентрация углерода в феррите изменяется по линии АН, а в жидкой фазе – по линии 8В, в чем можно убедиться, используя правило отрезков.

Кристаллизация заканчивается при температуре 1499 С (точка 9). При данной температуре феррит достигает концентрации углерода 0,1 %, а жидкость – 0,5 %. В результате происходит перитектическая реакция, при которой обе фазы полностью израсходуются и образуется аустенит с содержанием углерода 0,16 %.

Ф_0,1 + Ж_0,5 ↔ А_0,16.

Сплав II с содержанием углерода более 0,1 % и менее 0,16 % начинает кристаллизоваться в точке 5 с выделением кристаллов феррита. При достижении температуры 1499 С (точка 6) сплав состоит из высокотемпературного феррита с концентрацией углерода 0,1 % и жидкой фазы с концентрацией углерода 0,5 %. Между этими фазами происходит перитектическая реакция с образованием аустенита состава точки J (0,16 % С). Но в связи с тем, что на перитектическую реакцию требуется количество феррита равное JВ/НВ (согласно правилу отрезков), а в сплаве содержится его больше (6В/НВ), то часть феррита сохранится и по окончании перитектического превращения сплав будет состоять из аустенита и избыточного феррита, который при дальнейшем понижении температуры до точки 7 перекристаллизуется в аустенит. Ниже точки 7 сплав будет состоять только из аустенита.

Сплав IV с содержанием углерода более 0,16 % и менее 0,5 % начинает кристаллизоваться при температуре, соответствующей точке 10. Из жидкого сплава выделяются кристаллы высокотемпературного феррита. При температуре 1499 С (точка 11) в результате перитектической реакции образуется аустенит. Но так как на его образование требуется HJ/НВ жидкой фазы, а последней в сплаве содержится больше (Н11/НВ), то часть жидкой составляющей оказывается избыточной. В результате после перитектического превращения (точка 11) рассматриваемый сплав будет состоять из кристаллов аустенита и жидкой фазы, из которой при дальнейшем охлаждении до окончания кристаллизации (точка 12) выделяются кристаллы аустенита. В твердом состоянии сплав IV имеет структуру аустенита.

Сплав I перитектического превращения не претерпевает, так как содержание углерода в нем менее 0,1 %. В начале кристаллизации (точка 1) из расплава выделяются кристаллы высокотемпературного феррита. Кристаллизация заканчивается в точке 2. В интервале температур между точками 2 и 3 феррит охлаждается не претерпевая никаких превращений. Между температурами 3 и 4 происходит перекристаллизация по причине полиморфного превращения феррита в аустенит. Ниже температуры, соответствующей точке 4, сплав состоит только из аустенита.

Сплав V с содержанием углерода более 0,5 %. Такие сплавы перитектического превращения не претерпевают. В начале кристаллизации (точка 13) из расплава начинают выделяться кристаллы аустенита. Кристаллизация происходит в интервале температур, соответствующих точкам 13 и 14. При этом кристаллы аустенита имеют различную концентрацию углерода (изменяющуюся по линии J14). Ниже температуры окончания кристаллизации (точка 14) структура рассматриваемого сплава состоит только из аустенита.

Таким образом, все сплавы с содержанием углерода до 2,14 % (стали) после первичной кристаллизации имеют однофазную структуру – аустенит.