1.1 Описание процесса кристаллизации при охлаждении железоуглеродистых сплавов

1.1.1 Кристаллизация стали. В зависимости от содержания углерода в сплаве различают стали доэвтектоидные (С < 0,8 %), структура феррит + перлит (Ф + П); эвтектоидные (С = 0,8 %), структура перлит (П); заэвтектоидные (0,8 < С < 2,14 %), структура перлит + цементит вторичный (П + Ц_II).

Кристаллизация аустенита стали из жидкой фазы (первичная кристаллизация) начинается при температуре, соответствующей линии АС, заканчивается на линии АЕ. Область диаграммы АСЕ двухфазная (А + Ж). Ниже линии АЕ стали однофазны. Структура их состоит из кристаллов аустенита.

В доэвтектоидных сталях аустенитная структура сохраняется до температуры, соответствующей линии GS (910 – 727°С) – начало полиморфного γ → α превращения (перекристаллизаии) аустенита в феррит, которое зависит от содержания углерода в стали. В процессе охлаждения сплавов, соответствующих двухфазной области РGS количество феррита в них увеличивается (концентрация углерода в феррите изменяется по линии РG), а аустенита уменьшается (концентрация углерода в нем изменяется по линии GS). При температуре 727°С структура доэвтектоидных сталей состоит из зерен феррита предельной концентрации, соответствующей точке Р (0,02 % С), оставшийся аустенит будет иметь эвтектоидную концентрацию (0,8 % С) и в нем произойдет одновременная кристаллизация зерен феррита и цементита вторичного, т.е. аустенит перекристаллизуется в перлит. Структура – Ф +П.

В заэвтектоидных сталях однофазная структура сохраняется до температуры, соответствующей линии предельной растворимости углерода в аустените SЕ, ниже которой из пересыщенного аустенита избыточный углерод образует цементит, выделяющийся в виде сетки по границам аустенитных зёрен. В результате этого содержание углерода в нем изменяется от 2,14 – при 1147° С, до 0,8 % – при 727° С и он превращается в перлит. Структура – П + Ц_II.

1.1.2 Кристаллизация белого чугуна. Белые чугуны с содержанием углерода менее 4,3 % называются доэвтектическими, их структура – перлит + ледебурит + цементит вторичный (П + Л + Ц_II). Чугуны с содержанием углерода 4,3 % – эвтектические, состоят из ледебурита (Л). 3аэвтектические чугуны (содержание углерода более 4,3 %) имеют структуру цементит первичный и ледебурит (Ц_I + Л).

В доэвтектических белых чугунах первичная кристаллизация начинается с образованием кристаллов аустенита при температуре соответствующей линии АС. При охлаждении сплавов в двухфазной области АСЕ количество аустенита увеличивается, концентрация углерода в нем изменяется по линии АЕ, а количество жидкой фазы уменьшается, концентрация ее в интервале температуры АЕ – ECF изменяется по линии АС. Кристаллизация оставшийся жидкой фазы эвтектической концентрации (4,3 % С) закончится при эвтектической температуре 1147°С (линия ECF) образованием ледебурита. В результате охлаждения сплавов ниже линии ECF из предельно насыщенного углеродом аустенита выделяются кристаллы цементита вторичного и концентрация твердого раствора изменяется по линии ES с 2,14 до 0,8 %. В результате эвтектоидного превращения А → П ледебурит в структуре белых чугунов при температуре ниже 727°С состоит из перлита и цементита первичного. Структура доэвтектических белых чугунов – П + Л + Ц_II.

Ниже линии PSK фазовых и структурных превращений в железоуглеродистых сплавах не происходит.

Процесс кристаллизации заэвтектических белых чугунов описывается аналогично.