8.2.2. Типичные микроструктуры сплавов двойных систем
Процесс формирования микроструктуры сплавов двойных систем можно проанализировать с использованием диаграмм состояния.
На примере диаграммы состояния эвтектического типа с ограниченной растворимостью (рис. 8.1, а) проанализируем процесс формирования структуры двойных сплавов с помощью кривых охлаждения (рис. 8.3, б). На диаграмме эвтектического типа можно выделить 4 сплава с типичными структурами: сплав - твердый раствор (Х1|), доэвтектический (Х2), эвтектический (Х3) и заэвтектический (Х4) (см. рис. 8.1 а).
Рисунок 8.1 - Диаграмма состояния эвтектического типа (а) и кривые охлаждения слева направо: чистого компонента А, сплава Х1, сплава Х2 и сплава Х3 (б).
Сплав - твердый раствор в процессе охлаждения расплава при температуре ликвидуса (точка 1) начинает кристаллизоваться путем зарождения и роста кристаллов первичного α-твердого раствора компонента В и А. Первичные кристаллы имеют форму дендритов или четко очерченных кристаллов, которая определяется природой эле- ментов и соединений. При достижении солидуса (точка 2) вся жидкость L превращается в твердый α-раствор. При этом стоит отметить, что диаграмма состояния является равновесной, а в реальности кристаллизация происходит в неравновесных условиях. Неравновесные условия кристаллизации приводят к дендритной ликвации (неравномерности распределения компонента В по сечению дендрита), из-за которой при приготовлении шлифов различные участки протравливаются в разной степени. Микроструктура такого сплава в литом состоянии представлена на рисунке 8.2, а.
Рисунок - 8.2. Микроструктура α-латуни (Сu - 20 % Zn) в литом (а), отожженном (б), холоднодеформированном (в) и рекристаллизационном (г) состоянии.
Для устранения дендритной ликвации к слиткам и отливкам применяют гомогенизационный отжиг, после которого структура принимает вид, представленный на рис. 8.2, б. В дальнейшем слиток из сплава Х1 может быть подвержен обработке давлением (прокатке, прессованию и т.д.) в несколько проходов, при этом формируется волокнистая структура (рис. 8.2, в). Промежуточной операцией между проходами обработки давлением служит рекристаллизационный отжиг, который приводит к формированию равноосных зерен.
Доэвтектический
(Х2)
и заэвтектический (Х4)
сплавы при кристаллизации проходят
одинаковые этапы: первичная кристаллизация
до температуры точки е
и эвтектическая кристаллизация при
постоянной температуре точки е.
Эвтектика - это самостоятельная
структурная составляющая, состоящая
из смеси двух фаз (α +
).
При охлаждении эвтектического сплава
вся жидкость при достижении температуры
точкие
превращается в эвтектику. Такой сплав
имеет одну структурную составляющюю -
эвтектику, в отличие от сплавов Х2
и Х4,
в которых дополнительно присутствуют
первичные кристаллы фаз α и
соответственно. Микроструктуры сплавов
Х2,
Х3,
Х4
будут представлены в п. 8.3 на примере
белых чугунов.
8.2.3. Микроструктура отожженных углеродистых сталей
На диаграмме состояния системы Fе - FезС (рис. 8.3) составы ста- лей находятся левее точки Е (2,14 % С). При температуре ниже 727 °С все отожженные углеродистые стали состоят из двух фаз - феррита и цементита.
Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в а-Fе с объемно - центрированной кубической решеткой. Предельная растворимость углерода в α-Fе составляет 0,02 % С (точка Р).
Цементит - это химическое соединение - карбид железа Fе3С с ромбической решеткой. Он содержит 6,67 % С.
Рисунок 8.3 - Фрагмент диаграммы состояния системы Fe – Fe3C
Ниже температуры 727 °С в стали Х1 происходит выделение цементита из феррита из-за уменьшения растворимости углерода по линии РQ (см. рис. 8.3). Такой цементит называют третичным, в отличие от первичного цементита, кристаллизующегося из расплава по линии СD (рис. 8.4), и, в отличие от вторичного цементита, выделяющегося по линии ЕS.
Максимальное количество (массовая доля) третичного цементита составляет всего около 0,3 %. Поэтому в структуре всех сталей третичный цементит не виден. При комнатной температуре эвтектоидная сталь (Х1) состоит из одной структурной составляющей - перлита.