1.2. Диаграммы состояния системы железо - углерод

Изучение структуры и свойств железоуглеродистых сплавов необходимо начинать с диаграммы фазовых равновесий в системе железо углерод. Практический интерес представляет лишь часть всей диаграммы, а именно до концентрации 6,67 % С. Этой концентрации углерода соответствует химическое соединение Fe3C. Данный карбид железа получил название цементит Цементит является метастабильной фазой и может распадаться на железо (точнее раствор углерода в железе) и графит по уравнению Fe3C —>3Fe + С. Этот процесс требует много времени и дополнительных условий, в первую очередь наличия центров кристаллизации графита. Истинное равновесие железа

сграфитом достигается с большим трудом при длительных выдержках

ивысоких температурах.

Фактически построены и изучены две диаграммы состояния системы железо - углерод. Одна из них, компонентами которой являются железо и графит, называется стабильной, а вторая, с компонентами железо и цементит метастабильной. На рис. 1.2 представлена совмещенная диаграмма состояния системы железо - углерод. На ней сплошными линиями показаны равновесия в системе железо - цементит (метастабильная диаграмма), а пунктирными линиями - равновесия в системе железо графит Это исключение из правил построения диаграмм фазовых равновесий. Обычно пунктирными линиями обозначают метастабильные состояния. Для диаграммы железо - углерод данное исключение сделано как дань исторически сложившейся практике, к тому же параметры стабильного равновесия системы железо графит установлены менее надежно. Для анализа структуры сталей практическое значение имеет только метастабильная диаграмма (существуют так называемые графитизированные стали, но их удельный вес в общем объеме сталей ничтожно мал). Для анализа структуры и свойств различных видов чугунов используются обе разновидности диаграммы: метастабильная для белых чугунов; стабильная - для графитизированных чугунов.

Граница между чугунами и сталями на метастабильной диаграмме определяется точкой Е с абсциссой 2,05 % С, а в стабильной - точкой Е’ с абсциссой 2,03 % С. Однако условно принято во всех случаях считать граничным состав 2 % С. Сталями называют сплавы железа, содержащие до 2 % С, а чугунами - сплавы с более высоким содержанием углерода. Из диаграммы видно, что чугуны, в отличие от сталей, претерпевают эвтектическое превращение. Промышленные железоуглеродистые сплавы всегда содержат те или иные количества кремния, марганца, а также других элементов, вводимых в сплавы специально или попадающих в них в виде примесей.

Vc	0,05	0,10	0,15	0.20	0,25	0,30	0,333	0,35
I	I________I_______I_______ I				D’I______ !____I_________ I

0 0,2 0.4 0.6 0,8 1.0 1.2 1,4 1,6 Sc

Рис. 1.2. Диаграмма состояния сплавов железо - углерод

На рис. 1.2 показан наиболее современный вид диаграммы состояния. На неё дополнительно нанесены линии изоактивности углерода. Величина активности С (ас) в растворах имеет значение для научных работников. За стандартное состояние углерода здесь принят графит, т.е. а^= 1. Активность углерода во всех не насыщенных по отношению к графиту растворах меньше единицы.

Одной из форм метастабильного состояния углерода при атмосферном давлении является алмаз. На рис. 1.2 показаны области возможного выделения алмаза из цементита, но до практического применения этого открытия ещё очень далеко, и в дальнейшем диаграмму удобнее рассматривать без алмазных линий.На диаграмме также приведена и кривая начала мартенситного превращения - Мн.

В соответствии с диаграммой состояния в железоуглеродистых сплавах могут наблюдаться одна жидкая и четыре основные твердые фазы: феррит, аустенит, цементит и графит. На рис. 1.3 приведены различные варианты диаграмм состояния в системе железо - углерод. На них показаны области существования всех названных фаз и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

б

Рис. 1.3. Виды диаграмм состояния сплавов Fe-C: а - совмещенная диаграмма состояния; б - диаграмма фазовых равновесий в системе железо - графит; в - диаграмма фазовых равновесий в системе железо - цементит; г - структурные составляющие в системе железо - цементит

Ферритом (Ф) называется твердый раствор углерода в 6 - или а - железе. Это мягкая, малопрочная и пластичная фаза. Свойства Ф близки к свойствам

чистого железа. Большинство элементов, содержащихся в железоуглеродистых сплавах (Si, Мл, Р и др.) вытесняют часть атомов железа в решетке, образуя твердые растворы замещения. Углерод и азот образуют растворы внедрения. Растворимость этих примесей ограничена размером свободного пространства в ОЦК решетке железа. Максимальное содержание углерода в Ф составляет^,019 % при 727°С. Высокотемпературный Ф (6-железо) на диаграммах обозначают Фг Растворимость углерода в нем достигает 0,09 %. Он занимает область AHN. Низкотемпературный Ф занимает область GPQ, его обозначают Фи. Области существования феррита настолько узки, что для наглядности на диаграммах их показывают умышленно шире, чем полагается по масштабу. На рис. 1.2 эта область детализирована в виде врезки.

Аустенит (А) представляет собой твердый раствор углерода в у-железе, т.е. в железе с ГЦК решеткой. Предельная концентрация углерода в А составляет 2,05 % при1148°С. Область однофазных аустенитных сплавов NJESG на диаграмме довольно широка. А пластичен, имеет более высокую прочность, чем феррит (500-800 МПа). Любая углеродистая сталь при нагреве до соответствующей температуры может приобрести чисто аустенитную структуру. В этом состоянии можно производить любые виды горячей деформации. При деформации аустенит легко наклепывается, что повышает прочностные свойства. Аустенит является парамагнитной фазой. Под влиянием некоторых легирующих элементов область существования аустенита расширяется до комнатных температур. Таким образом можно получить немагнитные сплавы.

Мартенсит (М) представляет собой пересыщенный углеродом раствор а-железа с объемно центрированной тетрагональной решеткой (рис. 1.4). Отношение параметров с/а у решетки растет при увеличении содержания углерода, которое в М такое же, как и в исходном аустените. Так же, как феррит, мартенсит ферромагнитен. Его прочность (1000-2700 МПа) и твердость (до HRC 65) повышаются с увеличением содержания углерода, поэтому сталь с мартенситной структурой очень твердая, но хрупкая из-за больших внутренних напряжений.

Цементит (Ц), или карбид железа БезС, имеет сложную орторомбическую решетку (рис. 1.5). В элементарную ячейку входят 12 атомов железа и 4 атома углерода. Цементит обладает высокой твердостью (> 800 НВ) и хрупкостью (8 = 0).

Долгое время считалось, что температура плавления Ц выше 1500°С. Только в 1974 году при помощи сверхскоростного нагрева лучом лазера Ц расплавили при температуре^ 1252°С. Именно такую ординату и имеет точка D на современных диаграммах состояния Fe-C. При высоких температурах Ц несколько меняет свой состав. Его можно обозначить

Рис. 1.4. Кристалли­	Рис. 1.5. Кристаллическая решетка
ческая решетка мар­
тенсита. • - Fe.O - С	цементита (а) и ее элемент (б)

FexC, где х>3. На диаграммах (см. рис. 1.2 и 1.3) область такого гомогенного Ц ограничена точками DFK. При температуре ниже 900°С она становится чрезвычайно узкой. Цементит, выделяющийся из жидкой фазы при кристаллизации, называют первичным и обозначают Ц|, кроме того различают Ц эвтектический (ледебуритный), вторичный Ци, эвтектоидный (перлитный) и третичный Цш, который выделяется из Ф при охлаждении ниже

727°С.

Гоафит (Г) является одной из модификаций углерода. Графит имеет три типа кристаллической структуры: а , р и неупорядоченную (аморфный графит в соотношении 80-14-6). Графит аим еет гексагональную кристаллическую решетку, а графит р- ромбоэдрическую. Кристаллическая решетка графита показана на рис. 1.6. Она отличается наличием плотных атомных слоев, расположенных в параллельных плоскостях. Все плоскости симметрично смещены относительно друг друга. В а-графите (рис. 1.6,6) плоскости, если их пронумеровать, чередуются по схеме1212, а вр - графите ( рис. 1.6, в) по схеме123123, при этом третья плоскость смещена относительно второй в противоположном направлении. Главным является то, что расстояние между двумя плоскостями решетки 0,3356 нм. Это примерно в 2,5 раза больше, чем между соседними атомами одной плоскости (0,142 нм), поэтому он легко расщепляется на отдельные чешуйки. Графит является очень мягкой фазой. Он относительно легок, плотность его составляет всего 2,22 г/см ? Графит имеет высокую химическую и термическую стойкость.

Между однофазными областями, которые затемнены на рис.1.3,г., расплавом (Ж), ферритом, аустенитом и цементитом (на рассматриваемом участке диаграммы область графита отсутствует), - расположены (см. рис. 1.3 б, в) двухфазные области, такие как А + Ц, А + Г, А + Ф, Ф + Ц, Ф +Г и др.

Рис. 1.6. Кристаллическая решетка графита

Обычно на диаграммах состояния железо-цементит показывают не области фаз (см. рис. 1.3, г), а области структурных составляющих. Структурными составляющими называют фазы и смеси фаз, рассматриваемые как особые части сплава. К уже известным фазам, которые могут быть структурными составляющими железоуглеродистых сплавов, добавляются новые. Они появляются в результате трех превращений при охлаждении.

Перитектическое превращение Ж + Ф ►Апротекает в сплавах, содержащих от 0,09 до 0,53 % С при 1495 °С, по линии НВ на диаграмме. Жидкий расплав взаимодействует с кристаллами Ф, и превращается в аустенит. Если состав сплава отличается от состава в точке J, то остаются свободными либо часть кристаллов Ф, либо часть жидкости. Как видим, перитектическое превращение не дает новых структурных составляющих, а лишь заменяет одну на другую.

Эвт ект ическое превращ ение протекает во всех сплавах, содержащих более 2 % С (т.е. в чугунах), при температуре 1148 °С по линии EF Однофазный расплав эвтектического состава 4,38 % С (точка С на диаграмме) одновременно распадается на две твердые фазы: аустенит и цементит Их механическая смесь образует новую самостоятельную структурную составляющую - ледебурит (Л).

Существует ледебурит двух разновидностей: сотовидный и пластинчатый (рис. 1.7). Ледебурит имеет повышенную твердость и хрупкость из-за высокой твердости и хрупкости цементита. Наиболее хрупок сотовидный ледебурит, так как в нем пластичные частицы (соты) аустенита (на рис. 1.7, а они темные) полностью изолированы друг от друга.

С точки зрения фазового состава все белые чугуны одинаковы и состоят из смеси двух фаз, а именно А + Ц. В то же время эвтектический чугун имеет только одну структурную составляющую Л, а доэвтектические и заэвтектические чугуны состоят из двух структурных составляющих А + Л и Л + Ц1 соответственно. На этом примере наглядно видно различие между понятиями фаза, смесь фаз и структурная составляющая.

Эвтектоидное превращение претерпевают почти все стали и чугуны при достижении изотермы PSK, т.е. температуры 727 °С. Здесь А, содержащий 0,78 % С, распадается на две твердые фазы: Ф + Ц. Механическая дисперсная смесь этих фаз называется перлитом (П). Как и Л, перлит является структурной составляющей. В зависимости от формы фаз различают зернистый П, в котором Ц имеет форму округлых зернышек на фоне больших зерен Ф, и пластинчатый П, в котором обе фазы имеют форму пластинок (рис. 1.8). Зернистый П образуется при специальной термической обработке. Он более пластичен и вязок, чем пластинчатый, так как здесь твердые зерна цементита распределены в пластичном феррите.

Рис. 1.8. Микроструктура перлита: а - пластинчатый,х 200; б - зернистый, х100

В доэвтектоидных сталях (< 0,8 % С) А при охлаждении сначала обогащается углеродом до эвтектоидного состава путем выпадения ФМ) а в заэвтектоидных сталях (> 0,8 % С) А обедняется углеродом в результате выпадения вторичного Ци. Поэтому стали с составом, отличающимся от эвтектоидного, имеют по две структурные составляющие: Ф„ + П или П + Цм. В белых чугунах, как и в заэвтектоидных сталях, при температурах ниже 727 °С А, входящий в Л,, также превращается

вП. При этом цементит перлита наслаивается на эвтектический цементит и

вструктуре он не различим. Л при температуре ниже 727 °С состоит уже из механической смеси феррита и цементита, а не аустенита и цементита, как было при более высоких температурах, и называется вторичным Лм.

Кроме этих трех превращений, отмечается появление новых структурных составляющих в результате изменения растворимости углерода в аустените или феррите, т.е. ниже линий ES, GS, PQ. Соответственно этому на диаграмме можно обнаружить Цп, Фми ФМ|.

Для стабильной (графитовой) системы диаграммы фазового состава и структурных составляющих фактически одинаковы. Эвтектическое превращение в стабильной системе приводит к распаду однофазного расплава на твердые фазы А и Г но их смесь не имеет специального названия. Её обычно именуют аустенито-графитовой эвтектической смесью и не рассматривают как отдельную структурную

составляющую. Вторичный и третичный графит, выпадающие при охлаждении ниже линий E ’S’ и P 'Q ’ наслаиваются на графит, образовавшийся ранее, и также не рассматриваются как отдельные структурные составляющие. Не образуется и отдельная структурная составляющая из эвтектоидной смеси феррита и графита, в отличие от перлита в метастабильной системе.

1.4.Особенности кристаллизации чугунов

Вметаллографии чугуна различают первичное и вторичное структурообразование, а также графитизацию. Первичной называется структура, полученная при кристаллизации жидкой фазы, а вторичной структура, формирующаяся при дальнейшем охлаждении в твердом состоянии. Структуру любого двойного сплава в системе железо углерод можно легко установить по диаграмме состояния данной системы (стабильной или метастабильной).

1.4.1.Влияние кремния на структурообразование чугунов

Промышленные чугуны, в качестве одного из основных компонентов содержат, кроме углерода, ещё и кремний. Такой чугун было бы правильно рассматривать как многокомпонентный сплав на основе Fe-C-Si с добавками и примесями других элементов. Содержание кремния

в чугунах колеблется от 0,5 до 3,5 % и оказывает существенное влияние на их структуру.

Для анализа фазовых превращений, протекающих в тройных системах, применяют изотермические (горизонтальные) и политермические (вертикальные) разрезы. Практический интерес представляет лишь часть тройной диаграммы Fe-C-Si в области состава конструкционных чугунов, а именно: 2,0-4,5 % С и 1,3-3,5 % Si (в метастабильной системе до 1,5 % Si). На рис. 1.9 показаны вертикальные разрезы левой части диаграммы Fe-C-Si из которых видно, что увеличение содержания Si сдвигает эвтектическую и эвтектоидную точки влево и вверх по сравнению с двойной стабильной системой (в метастабильной системе Si снижает температуру эвтектического превращения).

В соответствии с правилом фаз, в трехкомпонентной системе эвтектическое и эвтектоидное превращения происходят не при постоянной температуре, а в интервале температур. Как и должно быть в тройной системе, на разрезах появились некоторые дополнительные области фазовых равновесий: двойные Ф + А и тройные А + Ж + Г, Ф + А+Г Феррит для данных сплавов представляет собой более сложный, чем в двойной системе, твердый раствор. Помимо углерода в железе будет растворен и кремний, образующий твердый раствор замещения. Раствор данного типа носит название кремнистого феррита. Графит промышленного чугуна как фаза не отличается от обычного, но по мере увеличения количества кремния он будет больше загрязнен примесями.

Легко заметить, что для полного анализа системы Fe-C-Si необходима пространственная тройная диаграмма состояния, которую сложно воспроизвести и ещё более сложно в ней ориентироваться, или большое количество разрезов при различных концентрациях кремния. Однако после полного затвердевания в стабильной системе Fe-C-Si мы видим те же фазы, что и в двойной системе Fe-C. Лишь в метастабильной тройной системе при высоком содержании Si и С появляется новая фаза - силикокарбид. Поэтому для упрощения анализа структуры чугунов можно пользоваться традиционной двойной совмещенной диаграммой состояния железо -углерод. Принципиальной разницы между кристаллизацией двойного, допустим, доэвтектического чугуна, и доэвтектического промышленного чугуна не существует Изменяются только температурные границы структурных превращений.

Влияние легирующих элементов и примесей учитывается при помощи коэффициентов эквивалентности, показывающих, на сколько и в какую сторону смещаются критические точки диаграммы. Особое внимание уделяется эвтектической точке С (С’ ), по отношению к которой чугуны делятся на доэвтектические, эвтектичёские и заэвтектические.

ТЕМПЕРАТУРА.

В

Г

Рис. 1.9. Разрезы диаграммы равновесия Fe - С - Si: А - метастабильная диаграмма при 1,5 % Si; Б - стабильная при 1,5 % Si; В - стабильная при 3 % Si; Г - стабильная при 6 % Si (L - ледебурит)

В зависимости от этого сплавы отличаются последовательностью кристаллизации фаз, конечной структурой, механическими, эксплуатационными и литейными свойствами. Таким образом, задача анализа многокомпонентного сплава сводится к тому, чтобы найти на диаграмме состояния железо углерод двойной сплав с аналогичной структурой.

Для определения положения промышленных чугунов относительно эвтектической точки используют три параметра.

Углеродный эквивалент обозначают Сэ (или СЕ в иностранной литературе) и рассчитывают по формуле:

Сэ = С + 0,3Si + О.ЗЗР + 0,4S - О.ОЗМп,	(1 1)
или в упрощенной форме
Сэ - С + 0,3Si.	(1.2)

Если в чугуне много фосфора, то в формуле (1.2) вместо Si можно подставлять сумму Si + Р, так как их коэффициенты эквивалентности почти одинаковы.

По величине Сэ можно судить о положении сплава на диаграмме состояния. Так если Сэ= 4,36, то сплав эвтектический, если Сэ> 4,36 или < 4,36, то сплав соответственно заэвтектический или доэвтектический. Здесь 4,36 есть среднее арифметическое координат точек С (4,38) и С’ (4,34). Это позволяет с небольшой погрешностью анализировать по данному параметру как стабильную, так и метастабильную диаграмму. Наиболее точно эвтектичность может быть определена при помощи степени эвтектичности.

Степень эвтектичности S3 определяют по следующей формуле:

=%С - %СЕ %Сс - %с

где С - общее содержание углерода в чугуне; СЕ, С^- концентрация углерода в соответствующих точках диаграммы состояния. Для двойного сплава координаты этих точек известны и формулу (1.3) можно упростить:

_ %С - 2,04 = %С - 2,04

3 4,36-2,04

2,32

( ‘ ’

Для промышленных чугунов необходимо учесть влияние всех элементов и примесей, содержащихся в них. Для простоты ограничиваются только влиянием кремния, тем более что содержание остальных элементов в чугунах остается примерно одинаковым. С учетом того, что кремний

сдвигает положение обеих точек (Е и С), при этом точка Е смещается в меньшей степени (коэффициент эквивалентности «0,2), уравнение (1.4) для определения степени эвтектичности существенно изменяется и приобретает вид:

%С + 0,2(%Si) - 2,04

(1-5)

э~ 2,32- 0,1 (%Si)

Влитературе прежних лет изданий встречаются и другие формулы для расчета степени эвтектичности. Так, у Н.Г Гиршовича [4]

	%С + 0,15(%Si) - 2,01	(1-6)
э	2,25 - 0,15(%Si)

Старые формулы отличаются одна от другой и от современной из-за корректировки положения точ'ек Е и С на диаграмме состояния и применения разных значений коэффициентов эквивалентности.

Степень насы щ енност и чугуна Sc служит для оценки эвтектичности чугуна. Этот параметр показывает насыщение сплава системы Fe-C-Si углеродом по отношению к эвтектической точке. Для двойных сплавов степень насыщенности представляет собой отношение содержания углерода к эвтектической точке, т.е. Sc = % С/4,34 (часто вместо 4,34 используют 4,3). Для промышленных чугунов с учетом смещ ения эвтектической точки этот параметр рассчитываю т по формуле

Sc 4,34 - 0,3(%Si) П-?)

В настоящее время признано, что кремний практически не влияет на эвтектичность белых чугунов. Для всех белых чугунов, независимо от содержания в них кремния Sc = % С/4,38. Формула (1 2) для белых чугунов сокращается до С = % С .э

Параметр Sc может быть рассчитан для всей используемой части диаграммы, а Бэ только для "чугунной" части. Для сплавов эвтектического состава Сэ = 4,36, Sc= Бэ= 1. У доэвтектических Сэ< 4,36, Бс и Б э < 1 , ноБс >Бэ, а у заэвтектических чугунов Сэ > 4,36, Бси S3> 1, но S3>SC.

Параметры Бс и Бэ можно наносить на ось абсцисс (концентраций) диаграммы состояния Fe-C, как это сделано на рис. 1-2. Если теперь, зная химический состав, рассчитать параметры любого промышленного чугуна, то по ним можно войти в двойную диаграмму состояния, определить последовательность кристаллизации и ожидаемые структурны е составляющие чугуна.

В д о эв т е кт и ч е с ки х ч у гун а х затвердевание начинается с выделения первичного аустенита переменного состава. Аустенит кристаллизуется в виде дендритов, размеры и строение которых зависят от условий охлаждения. Чем больше скорость охлаждения, тем тоньше

икороче ветви дендритов, больше ветвей второго, третьего и других порядков. Количество первичных кристаллов аустенита при достижении эвтектической температуры определяется Ээ чугуна. Рост дендритов аустенита сопровождается ликвацией. Центр кристалла обогащается кремнием, а периферия углеродом. Сера и фосфор переходят в жидкую фазу. Оставшийся расплав постепенно обогащ ается углеродом и становится эвтектическим . При достижении температуры эвтектического превращения происходит распад оставшегося расплава на аустенит и высокоуглеродистую фазу. Характер затвердевания последней и определяет конечную структуру и вид чугуна. Он будет белым, если образуется цементит, или серым, если выделится графит. При смешанной кристаллизации получается половинчатый чугун.

Когда в расплаве мало центров граф итизации, то он легко переохлаждается до температуры метастабильной эвтектики 1147°С

ираспадается на две твердые фазы: аустенит и цементит, рассматриваемые как самостоятельная структурная составляющая Л1 (первичный ледебурит). Ведущей фазой при кристаллизации ледебурита является цементит. Он образует матрицу, а эвтектический аустенит имеет стерженьковое строение. Эвтектика (Л1) занимает междендритное пространство первичного аустенита. Структура такого чугуна показана на рис. 1.10, а, где хорошо заметны темные дендриты первичного аустенита, превратившегося в перлит после охлаждения чугуна.

/■■■ ? . .

<5

/

■	л	у4 ; ‘:	.*/ t
Яррг':--1П*“•Ч7.' J А '

6

Рис. 1.10. Микроструктура белого чугуна, хЮО: а - доэвтектического; б - заэвтектического

При нал и чи и ц е нтр ов гр а ф и ти за ц и и и м е д л е н н о м о хл а ж д е н и и чугун

претерпевает эвтектическое превращение в стабильной системе при

температуре	1153 °С. Расплав, обогащенный	С до 4,34 % за счет
выпадения	аустенита, распадается на	аустенитно-граф итовую

эвтектическую смесь. Ведущей фазой при эвтектическом превращении по стабильной системе является граф ит Он образует скелет эвтектических колоний между дендритами аустенита. На рис. 1.11, а показан единичный эвтектический зародыш в окружении жидкого расплава. Рост графитных включений опережает рост аустенитного окружения. Жидкая фаза перед фронтом кристаллизации обогащается атомами железа. Это вызывает дальнейший рост кристаллов аустенита и т.д. В соответствии с известны ми законом ерностям и эвтектической кристаллизации рост эвтектической колонии продолжается путем совместного развития обеих составляю щ их эвтектики. Аустенит эвтектики частично выделяется и на кристаллах первичного аустенита. Чем меньше степень эвтектичности (S3 ) чугуна, тем меньше графитовых включений и их размер

Рис. 1.11. Схемы аустенитно-графитных эвтектических колоний: а - с пластинчатым неориентированным графитом; б - с пластинча­

тым междендритным графитом; в - с шаровидным графитом

Под действием поверхностно-активны х вещ еств скорость роста графитовых зародышей может уменьш аться. Они будут окружены кристаллами аустенита, которые полностью изолируют их от расплава (рис. 1.11, в). Это приведет к образованию компактного графита.

При больших переохлаждениях ведущей фазой эвтектического превращения становится аустенит, и графитовые включения будут расти только в оставшемся междендритном пространстве (рис. 1.11, б), поэтому они будут значительно мельче и разветвленнее.

Формообразование графита будет рассмотрено более подробно

вразделе 1.5.

Взаэвт ект ических чугунах кристаллизация по стабильной диаграмме начинается с образования крупных графитовых включений. При метастабильной кристаллизации сначала появляются кристаллы

цементита призматической формы. И в том, и в другом случае содержание углерода в расплаве снижается до эвтектической концентрации. Заверш ается кристаллизация эвтектическим превращ ением: образованием либо ледебурита, либо аустенитно-графитовой смеси. На рис. 1.10, б первичный цементит выглядит, как светлые пластины, между которыми располагается ледебурит.

В э в т е к т и ч е с к и х ч у г у н а х кристаллизация начинается и заканчивается эвтектическим превращением без предварительного выпадения избыточной фазы.

Таким образом, после эвтектического превращения в чугунах формируется первичная структура. В зависимости от состава она будет отличаться различной формой и расположением трех фаз: аустенита, графита и цементита (и одной структурной составляю щ ей ледебурита).

1.4.3. Формирование вторичной структуры

При понижении температуры в твердом состоянии растворимость углерода в аустените уменьшается по линиям ES (E’ S ’ ). Начинается перекристаллизация чугуна. Из пересыщенного твердого раствора углерода и кремния в железе - аустенита выделяется избыточный углерод: в стабильных условиях в виде графита, в метастабильных условиях - в виде цементита. Избыточные фазы не имеют структурной самостоятельности, их называют вторичными и обозначают Ц„ или Г[, Ц м. наслаивается на эвтектический (ледебуритный) цементит или на Ц, в заэвтектических чугунах. Вторичный графит осаждается на поверхности имеющихся графитовых включений.

О кончательная вторичная структура устанавливается при эвтектоидном превращении, которое формирует матрицу чугуна. Она может быть аустенитной, мартенситной, бейнитной, перлитной, ферритной или промежуточной с различным соотношением этих фаз.

В белы х чугунах, т.е. при метастабильной кристаллизации, при переходе критической точки цементит остается без изменений. Аустенит претерпевает эвтектоидный распад с образованием перлита: А — = (Ф + +Ц). В технических чугунах с кремнием эвтектоидное превращение начинается при более высокой температуре («800°С), чем в двойной системе. Эвтектоидное превращение наблюдается и в аустените, входящем в состав ледебурита, nq схеме Л = (А + Ц) -> Л„ = (П + Ц). Окончательная структура доэвтектического белого чугуна представляет собой перлитные включения в цементитной матрице. Эвтектический чугун будет иметь чисто ледебуритную структуру. В заэвтектическом чугуне наблюдаются пластины избыточного цементита на фоне ледебурита. Если в белом чугуне содержится кремний в количестве 1,5-2,0 %, то в структуре появляется силикокарбид железа Fe3SiC.