Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

Рис. 3.15. Микроструктура технически чистого железа:

а-< 0,006%С, X 300; п-0,01% С, хЗОО


ем 0,8%. С называется эвтектоидной сталью. В ней при температуре линии PSK происходит эвтектоидное превращение, в результате которого из аустенита выделяются феррит с содержанием 0,02% С и цементит. Такую смесь двух фаз называют перлитом (рис. 3.16,6). Эвтектоидное превращение идет при постоянных температуре и составе фаз, так как в процессе одновременно участвуют три фазы, и число степеней свободы равно нулю.

Сплав 1 (см. рис. 3.14,6) с содержанием углерода менее 0,8 % называют до-эвтектоидной сталью. Эвтектоидному превращению в таких сталях предшествует частичное превращение аустенита в феррит в интервале температур точек

1-2. При температуре точки b фазовый состав сплава + Ф„. Количественное соотношение аустенита и феррита соответственно определяется отношением отрезков аЬ и be.

При температуре точки 2 сплав имеет фазовый состав As + Фр с количественным соотношением фаз соответственно Р2 и 2S. В результате эвтек-тоидного превращения аустенит переходит в перлит, который вместе с выделившимся ранее ферритом образует конечную структуру стали (рис. 3.16, а).

Количественное соотношение между структурными составляющими (феррит и перлит) в доэвтектоидных сталях определяется содержанием углерода. Чем ближе содержание углерода к эв-


Рис. 3.16. Микроструктура сталей:

о - доэвтектоидная; б - эвтектоидная; в - заэвтектоидная, х 300




6,63 С,°/„

Рис. 3.17. Часть диаграммы состояния Fe -FCjC для высокоуглеродистых сплавов

тектоидной концентрации, тем больше в структуре перлита. Следовательно, зная содержание углерода в доэвтек-тоидной стали, можно заранее предвидеть ее структуру в стабильном состоянии.

Сплав /-заэвтектоидная сталь (>0,8% С). Эвтектоидному превраше-нию в этих сталях в интервале температур точек i-4 предшествует выделение из аустенита вторичного цементита (Дп). Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в аустените согласно линии ES диаграммы. В результате при охлаждении до температуры точки 4 аустенит в стали обедняется углеродом до 0,8 % и на линии PSK испытывает эвтектоидное превраш,ение. При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется на границах аусте-нитных зерен, образуя сплошные оболочки, которые на микрофотографиях выглядят светлой сеткой (рис. 3.16, в). Максимальное количество структурно свободного цементита (~20%) будет в сплаве с содержанием углерода 2,14%.

Превращения чугунов. В сплавах с содержанием углерода более 2,14% при кристаллизации происходит эвтектическое превращение.

Такие сплавы называют белыми чугу-нами.

Сплав (рис. 3.17)-эвтектический белый чугун (4,3 %С) кристаллизуется при эвтектической температуре изотермически с одновременным выделением двух фаз: аустенита состава точки Е

и цементита. Образующаяся смесь этих фаз названа ледебуритом. Фазовый состав ледебурита, как и любой эвтектики, постоянен и определяется отношением отрезков Ll/Ai; = EC/CF.

При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените изменяется по линии ES вследствие выделения вторичного цементита и к температуре эв-тектоидного превращения принимает значение 0,8%. При температуре линии PSK аустенит в ледебурите претерпевает эвтектоидное превращение в перлит.

В доэвтектических белых чугунах ( < 4,3 % С) кристаллизация сплава начинается с выделения аустенита из жидкого раствора. В сплаве I этот процесс идет в интервале температур точек 1-2. При температуре точки 2 образуется эвтектика (ледебурит) по реакции

Жс + АЕ[АЕ + т + АЕ.

При последующем охлаждении из аустенита, структурно свободного и входящего в ледебурит, выделяется вторичный цементит. Обедненный вследствие этого аустенит при температуре 727 °С превращается в перлит.

Структура доэвтектического белого чугуна показана на рис. 3.18, а. Крупные темные поля на фоне ледебурита-перлит, образовавшийся из структурно свободного аустенита.

Сплав /-заэвтектический белый чугун ( > 4,3 % С). В заэвтектических чугунах кристаллизация начинается с выделения из жидкого раствора кристаллов первичного цементита, который выделяется в интервале температур точек 5-6; при этом состав жидкой фазы изменяется согласно линии DC. Первичная кристаллизация заканчивается эвтектическим превращением с образованием ледебурита. При дальнейшем охлаждении происходят превращения в твердом состоянии, такие же, как в сплаве II.

Конечная структура заэвтектического чугуна при температуре 20-25 °С показана на рис. 3.18,6. В ледебурите видны



Рис. 3.18. Микроструктура белых чугунов: в - доэвтектический; б - заэвтекгический, х 300

темные участки перлита; резко выделяются крупные пластинки первичного цементита.

Превращения в сплавах системы железо-графит. Диаграмма состояния железо-графит нанесена на диаграмме состояния железо-цементит штриховыми линиями (рис. 3.19). Такой способ изображения системы железо - графит дает возможность сравнивать обе диаграммы.

В системе железо - графит эвтектика образуется при температуре И 53 "С. Она содержит 4,26 % С и состоит из аустенита и графита. Ее называют графитной эвтектикой.

Эвтектоидное превращение у сплавов системы железо-графит протекает при температуре 738 °С, причем эвтектоид-


ное 0,10,8 2,112,1! ,26,3 6,63 €,% Рис. 3.19. Диаграмма состояния Fe -С

пая точка соответствует содержанию 0,7 % С. Структура эвтектоида состоит из феррита и графита. Эвтектоид называют графитовым. В интервале температур 1153-738 °С из аустенита выпадает вторичный графит. При этом аустенит изменяет свой состав по линии es. Линия cd указывает изменение состава жидкой фазы во время кристаллизации первичного графита.

Чтение диаграммы состояния железо графит принципиально не отличается от чтения диаграммы состояния железо-цементит. Но во всех случаях из сплавов выпадает не цементит, а графит. Первичный графит и графит в эвтектике кристаллизуются путем образования и последующего роста зародышей. При этом кристаллы графита имеют сложную форму в виде лепестков, выходящих из одного центра. Вторичный графит и графит эвтектоида, как правило, выделяются на лепестках первичного и эвтектического графита. Железоуглеродистые сплавы .могут кристаллизоваться в соответствии с диаграммой железо-графит только при весьма медленном охлаждении и наличии графитизирующих добавок (Si. Ni и др.).

3.4. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей

В современном машино- и приборостроении широкое применение находят стали, в которых помимо железа, угле-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65