3.3 Структурные составляющие железо-углеродистых сплавов

На диаграмме Fe-Fe₃C есть сплавы, где превращения протекают не в интервале температур, а при одной, постоянной температуре. На кривой кристаллизации при этой температуре будет ступенька. Если жидкий сплав двух и более компонентов кристаллизуется при постоянной температуре, то образуется механическая смесь, называемая эвтектикой. Эвтектика под микроскопом – это чередование мелких кристалликов двух фаз. На диаграмме Fe-Fe₃C эвтектика кристаллизуется в т.С (рис. 3.6.6).

Рис. 3.6 Диаграмма Fe-Fe₃C (а) и кривая охлаждения чугуна с 4,3% С (б)

Основу перлита (матрицу составляет феррит, в котором находятся или пластинки (пластинчатый перлит) или округлые включения (зернистый перлит) цементита. Феррит мягкий и пластичный. Включения твердого и хрупкого цементита упрочняют феррит, при этом прочность, твердость и пластичность перлита зависят от размеров и формы цементитных включений (таблица 6.1).

Таблица 6.1

	, МПа	НВ, кгс/мм2	, %
Пластинчатый перлит	700-800	180-220	10-15
Зернистый перлит	550-650	150-170	15-20

В т.С на диаграмме Fe-Fe₃C образуется эвтектика, которая называется ледебуритом.

В момент образования ледебурит состоит из аустенита, содержащего 2,14% С (показывает т.Е) и цементита (показывает т.F). При охлаждении ниже 1147⁰С падает растворимость углерода в аустените от 2,14 до 0,8% С (по линии ES), при этом углерод из аустенита выделяется в виде цементита вторичного. Ниже t=1147⁰С ледебурит состоит из А+Ц_П+Ц₁. При t=727⁰С в аустените останется 0,8% С и ниже т.S он превратится в перлит. При t<727⁰ будет в сплаве превращенный ледебурит. Состоящий из (П+ Ц_П+Ц₁).

3.4 Структура сталей в равновесном состоянии

Рассмотрим стальную часть диаграммы Fe-Fe₃C (рис. 3.7).

При 0,8% структура стали при комнатной температуре перлит-эвтектоид; такая сталь называется эвтектоидной. Стали, содержащие до 0,8% С называется эвтектоидной. Стали, содержащие до 0,8% С называются доэвтектоидными, а свыше 08% до 2,14% С – заэвтектоидными.

Рис. 3.7 Диаграмма Fe-Fe₃C

(заполнена стальная часть)

Рассмотрим кристаллизацию доэвтектоидной стали на примере стали 40, содержащей 0,4% С (сечение 2 на рис. 3.7). В т.3 начинается кристаллизация жидкого расплава с выделением кристаллов аустенита. В т.4 жидкость полностью закристаллизовывается в аустенит. Для определения структуры между т.5 и6 проводим коноду «mвг», концы которой указывают на феррит и аустенит. Значит, в т.5 аустенит начинает перекристаллизовываться в феррит и аустенит. Значит, в т.5 аустенит начинает перекристаллизовываться в феррит (происходит аллотропическое изменение кристаллической решетки: ). Феррит почти не растворяет углерод, значит, по мере выделения зерен феррита оставшийся аустенит обогащается углеродом, состав аустенита изменяется по кривой «5S». При подходе к т.6 количество оставшегося аустенита выражается отрезком «Р6», а состав его – т.S (т.е.аустенит содержит 0,8% С). В т.6 оставшийся аустенит с 0,8% С и температурой 727⁰С превращается в перлит. Структура ниже 727⁰С у доэвтектоидной стали Ф+П (рис. 3.8).

Рис. 3.8 Кривые охлаждения эвтектоидной (1), доэвтектоидной (2) и заэвтектоидной (3) сталей.

Кристаллизацию эвтектоидной стали из жидкого состояния рассмотрим на примере стали У12 (1,2% С) – см. рис. 6.7, 6.8. точка 7, лежащая на линии ликвидус, означает начало кристаллизации аустенита, а т.8 (на линии солидус) – конец затвердевания с образованием аустенита. В т.9, лежащей на линии ограничения растворимости углерода в аустените, из аустенита начинает выделяться углерод в виде Ц_П, при этом содержание углерода в аустените падает по кривой «9S». Оставшийся аустенит при t=727⁰С и содержании углерода 0,8% превращается в т.10 в перлит. Ниже точки 10 структура заэвтектодной стали П+Ц_П.