1.3. Анализ структурного состава

Формирование структур в сплавах можно изучить, анализи­руя по диаграмме процессы, происходящие в них при охлажде­нии 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_α 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 пониже­нии температуры из жидкой фазы, называют первичным (Ц₁), из аустенита – вторичным (Ц₂), а из феррита – третичным (Ц₃).

Проследим за формированием структуры сталей с содержа­нием углерода 1,5% при их медленном охлаждении, начиная с температуры 1600°С. Критические точки, соответствующие тем­пературам превращений, показаны на фигуративных линиях рис. 10.

Рис. 10. Схема для изучения превращений, происходящих в стали с содер­жанием углерода 1,5% при медленном охлаждении: а – диаграмма состояния; б – кривая кристаллизации сплава

Схема структур и состав фаз, а также структурных составляю­щих для рассматриваемого случая приведены в таблице 2.

До температуры 1450°С (точка 1) заэвтектоидная сталь с 1,5% углерода находится в жидком состоянии. При t= 1450°C начинается процесс кристаллизации. В интервале температур 1450 – 1250°С (точки 2, 3) в сплаве сосуществуют две фазы: жидкий раствор и аустенит. В интервале температур 1250 – 950°С (точки 3, 4) сплав охлаждается, не претерпевая никаких превращений; состав спла­ва представлен аустенитом. При охлаждении сплава ниже 950°С (точка 4) аустенит с концентрацией углерода 1,5% становится пересыщенным. Избыточный углерод из зерен аустенита диф­фундирует к их границам и здесь выделяется в виде цементита вторичного.

Концентрация углерода в аустените при охлаждении сплава от 950 до 727°С (точки 4, 5) изменяется согласно линии ES от точки 4 к точке S:

Таблица 2.

Схема структур и состав фаз, а также структурных составляющих для структурного анализа диаграммы состояния Fe – Fe3C (заэвтектоидная сталь; 1,5% С)

Номер области	Схема структуры	Состав фаз и структурных составляющих
1-2		t > 1450°С L = 100% (жидкий раствор)
2-3		T = 1450-1250°С L + A (жидкий раствор + аустенит)
3-4		t = 1250-950оС А = 100% (аустенит)
4-5		t = 950-727оС А + ЦII (аустенит + цементит вторичный)
5-6		t = 727-600°С П + ЦII + ЦIII (перлит + цементит вторичный + цементит третичный)
Примечание. Цементит третичный визуально, как правило, не идентифицируется

При температуре 727°С (точка 5) в сплаве происходит эвтектоидное превращение, в результате которого образуется перлит. Ниже температуры 727°С растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного (Ц_III) (точ­ки 5, 6).

В качестве примера рассмотрим расчет весового количества структурных составляющих и фаз с помощью правила отрезков в заэвтектоидной стали с 1,5% углерода при 600°С.

Содержания структурных составляющих определяются после­довательно по мере их образования в процессе охлаждения сплава с применением правила отрезков для двух сосуществую­щих фаз или структурных составляющих по коноде abcbdef. Ве­личину отрезков будем измерять в процентах углерода. Считаем, что концентрация в точке а 0,01% углерода.

Определим фазовый состав в точке 6:

Количество структурных составляющих в точке 6:

Учитывая некоторые особенности в использовании коноды для области диаграммы, где находятся три структурные состав­ляющие, рассмотрим расчет для такого случая на примере точки 7 (содержание углерода 4% при температуре 600°С):