§ 4 . Вторинна кристалізація залізовуглецевих сплавів.

Вторинна кристалізація сталей.

Q

Q

При зниженні температури в сплавах відбувається зменшення розчинності вуглецю в Fe і поліморфні перетворення заліза.

Сплави, що містять 0,02%З називають технічним залізом. Ці сплави випробовують при охолодженні поліморфне перетворення . Це перетворення протікає в інтервалі температур між лініями GS і GP. При цьому пограницях зерен аустеніту утворяться зародки феррита, які ростуть, поглинаючи зерна аустеніту.

Нижче лінії GP існує тільки феррит. При подальшому повільному охолодженні до температур лінії РQ з феррита виділяється цементит третинний, тому що розчинність вуглецю у феррите зменшується. Третинний цементит, виділяючись по границях зерен феррита, різко знижує його пластичність. Під мікроскопом третинний цементит звичайно не визначається.

Сплав утримуючий 0,8% З, по досягненні температури 727ºЗ перетерплює эвтектоидное перетворення. Аустеніт, що має при цій температурі концентрацію 0,8% З розпадається з утворенням механічної эвтектоидной суміші, що називається перлітом.

Це перетворення протікає при постійній температурі 727ºЗ, що позначається А₁ (Ас₁ і Аr₁).

перліт, Що Утворився, частіше має пластинчасту будову, тобто складається із пластинок, що чергуються, Ф и ЦII . Під мікроскопом перліт має сірі кольори. При спеціальній термообробці він може бути зернистим. Сталь зі змістом вуглецю 0,8%, наз. эвтектоидной.

Стали зі змістом вуглецю від 0,02% до 0,8% наз. доэвтектоидными. Стали після закінчення первинної кристалізації мають структуру аустеніт.

По досягненні температур лінії GS (А₃) по границях зерен аустеніту утворяться зародки феррита, які ростуть, перетворюючись у зерна. Кількість аустеніту зменшується, а зміст вуглецю в ньому збільшується по лінії GS. При досягненні температури 727ºЗ аустеніт здобуває эвтектоидный сполука 0,8% С и відбувається эвтектоидное перетворення аустеніту в перліт, тобто у феррито-цементитную суміш. У результаті доэвтектоидные стали будуть мати структуру феррит + перліт. Фазова сполука Ф +Ц_II .

Стали, зі змістом вуглецю від 0,8% до 2,14%, наз. заэвтектоидными. Вище лінії SE (Асm) вони мають структуру аустеніт. По лінії SE розчинність вуглецю в аустеніті зменшується, тому надлишковий вуглець виділяється у вигляді цементиту, що наз. вторинним тому що випадає із твердого розчину. При досягненні температури А₁=727º концентрація вуглецю в А стає эвтектоидной і аустеніт перетворюється в перліт. Сплави здобувають структуру П + Ц_II. Цементит розташовується у вигляді сітки по границях зерен перліту, що робить сталь тендітної.

Вторинна кристалізація чавунів.

У доэвтектических чавунах (2,14...4…4,3%С) при зниженні температури внаслідок зменшення розчинності вуглецю в аустеніті (SE) відбувається частковий розпад аустеніту, як первинних його кристалів, що виділилися з рідини, так і аустеніту вхідного в ледебурит. Цей розпад полягає у виділенні кристалів вторинного цементиту й зменшення змісту вуглецю в аустеніті. При досягненні А₁=727º аустеніт має 0,8% С и перетворюється в перліт. У результаті доэвтектические чавуни будуть мати структуру П + Ц_II + Л(П + Ц ₁). Чим більше в чавуні вуглецю, тим більше ледебуриту й менше перліту.

Эвтектический чавун (4,3% З) при температурі 727ºЗ перетерплює эвтектоидное перетворення АП и складається зледебуриту (П + Ц _I). Заєвтектические чавуни (4,3...6…6,67%С) при температурі 727ºЗ також притерпевают эвтектоидное перетворення АП усполуці ледебуриту. У результаті ці чавуни будуть мати структуру ледебуриту (П + Ц _I) і витягнутих пластин первинного цементиту.

Таким чином, залізовуглецеві сплави після закінчення кристалізації будуть мати різну структуру, але фазова сполука їх буде однаковий - феррит і цементит.

§ 5. Діаграма стану залізо^-графить

(стабільна)

Утвореннястабільної фази графіту в чавуні може відбуватися в результаті безпосереднього виділення його з рідкого або твердого розчину або внаслідок розпаду попередньо, що утворився цементиту.

Процес утворення в чавуні графіту, наз. графітизацією.

У стабільній системі при температурі лінії з рідини кристалізується графіт. При температурі 1153ºЗ утвориться графітна эвтектика А + Г.

По лінії виділяється вторинний графіт, а при 738ºЗ () утворитьсяэвтектоид, що складається з феррита й графіту.

1153

738

Якщо при эвтектической кристалізації виділяється тільки графіт, то чавун наз. сірим, якщо графіт і цементит, те половинчастим, а якщо тільки цементит, те білим.

Утворення в рідкій фазі цементиту більш імовірно, ніж утворення графіту. Графить утвориться при дуже малій швидкості охолодження, коли ступінь переохолодження рідкої фази невелика.

Прискорене охолодження частково або повністю припиняє кристалізацію графіту й сприяє утворенню цементиту.

У рідкому чавуні завжди присутні різні включення (Si₂, Al₃O₃, і ін.). Ці частки полегшують утворення й ріст графітних зародків. Часто для прискорення процесу графітизації в рідкий чавун уводять графитизаторы (Si, Ni), які є додатковими центрами кристалізації графіту. Графить, що утвориться з рідини, росте з одного центра, розгалужується в різні сторони й здобуває форму сильно скривлених пелюстків. Під мікроскопом графить виглядає у вигляді прямолінійних або завихренных пластинок, які являють собою перетину графітних пелюстків.

Якщо в процесі кристалізації утвориться цементит (первинний або эвтектический), то за певних умов можливий його розпад з утворенням А + Г. При наступному повільному охолодженні можливе виділення графіту з аустеніту й утворення эвтектического графіту в інтервалі температур 738...727?С.

Основна маса графіту в сірих чавунах утвориться при кристалізації з рідкої фази. Графить, що виникає при розпаді аустеніт, не утворить самостійних виділень, а нашаровується на наявні графітні включення, збільшуючи їхні розміри. Якщо аустеніт переохолоджений нижче 727?З, те розпад відбувається з утворенням феррито-цементитной структури.