4.1. Анализ превращений в сплавах «железо-цементит»

Формирование структур в сплавах можно изучить, анализи­руя по диаграмме процессы, происходящие в них при охлажде­38ИИ или нагревании. Рассмотрим области диаграммы, которые отвечают равновесным состояниям сплавов системы.

В процессе эвтектического превращения жидкий раствор зат­вердевает в виде ледебурита. Во всех сплавах системы с концен­трацией углерода более 0,02% при температуре 727°С (линия PSK) происходит эвтектоидное превращение, причиной которого явля­ется полиморфное превращение Fe_ Fe_. В результате эвтектоидного превращения происходит распад аустенита, приводящий к образованию перлита. Цементит может образовываться из жидкой и твердой фаз при различных температурах. Цементит, выделяющийся за счет изменения растворимости при пониже­39ИИ температуры из жидкой фазы, называют первичным, из аус­тенита — вторичным, а из феррита — третичным.

Фазовые превращения в сплавах при охлаждении могут быть проанализированы с помощью экспериментальных или теоретических температурных кривых охлаждения, построенных в координатах «температура – время».

Выбрав требуемый состав сплава (процентное содержание углерода) и отметив соответствующую этому составу точку на оси концентрации проводим вертикальную линию, пересекающую все линии диаграммы (рис. 3). Точки пересечения вертикали с линиями диаграммы обозначает цифрами 1, 2, 3 и т.д. (сверху - вниз). Через эти точки проводим горизонтальные линии до координат «температура - время». Соединяем горизонтальные линии ломанной кривой, показывающей охлаждение сплава, учитывая при этом, что в интервале температур фазовых превращений скорость охлаждения замедленна вследствие теплового: эффекта выделения скрытой теплоты кристаллизации (перекристаллизации).

а) б)

Рисунок 3. «Стальной» участок диаграммы состояния сплавов Fe — Fe₃C и теоретическая кривая охлаждения доэвтектоидной стали с 0,5 % углерода.

Анализ кривой охлаждения заключается в рассмотрении фазовых превращений при охлаждении заданного сплава от жидкого состояния до комнатной температуры. Так, при охлаждении доэвтектоидной стали с содержанием 0,5% углерода происходят следующие превращения:

0-1 – охлаждение жидкого сплава;

1-2 – кристаллизация аустенита;

2-3 – охлаждение твердого сплава в состоянии аустенита;

3-4 – вторичная кристаллизация: выделение из аустенита феррита;

4-4^/ - вторичная кристаллизация: эвтектоидное (перлитное) превращение А_0,8% П(Ф+Ц);

4^/-5 – охлаждение сплава со структурой феррит и перлит.

5 Практическое значение диаграммы состояния сплавов железо-цементит

Диаграмма состояния сплавов Fe - Fe₃C используется, для нахождения и теоретического обоснования оптимального температурного режима обработки стали и чугуна (рис.4).

В металлургическом и литейном производстве устанавливаются температуры плавления и кристаллизации стали и чугуна с различным процентным содержанием углерода.

В кузнечно - штамповочном и прокатном производстве при горячей обработке стали давлением устанавливается рациональный интервал температур такой обработки, а также границы температур "пережога" стали.

В термическом производстве устанавливается температура нагрева при отжиге, закалке и отпуске изделий из стали и чугуна.

Температура плавления и кристаллизации

Рисунок 4. Температурный режим обработки изделий из стали и чугуна.