Обозначение линий диаграммы железо-углерод

Критическая точка	А1	А2	А3	А4	Аст
Линия диаграммы	РSK	MO	GS	NJ	SE
Превращения	П	магнитн.---768^0 С ---немагн.	Ф	А	Ц п

 

Вторичная кристаллизация чугунов связана с превращениями в ледебурите: при температуре 727⁰ С весь имеющийся в чугунах аустенит превращается в перлит. Это значит, что выше температуры 727⁰ С ледебурит состоит из аустенита и цементита, а ниже 727⁰ С – из перлита и цементита. Кроме того, в чугунах, содержащих 2,14 – 4,3 % С, при понижении температуры от 1147 до 727⁰ С предельная концентрация углерода в аустените уменьшается в соответствии с линией ЕS от 2,14 до 0,8 % и происходит образование цементита вторичного (Ц_II). После окончательного охлаждения структура чугунов будет следующей: доэвтектический чугун (2,4 – 4,3 % С) – П + Ц_II + Л; эвтектический чугун (4,3 % С) – Л; заэвтектический чугун (4,3 – 6,67 % С) – Ц₁ + Л.

Анализ структурных превращений в железоуглеродистых сплавах

Доэвтектоидная сталь (0,4 % С). Отмечаем заданный сплав вертикалью I на диаграмме (рисунок 2, а). Обозначаем критические точки 1, 2, 3, 4, 5 и стоим кривую охлаждения (рисунок 2, б). При температуре t₁ из жидкого сплава начинают выделяться кристаллы феррита состава 1'. На кривой охлаждения наблюдается перегиб, поскольку кристаллизация сопровождается выделением тепла и скорость охлаждения стали уменьшается. Первичная кристаллизация этого сплава протекает по формуле

Ж_{1В .}

Этот процесс продолжается до температуры t₂ (1499° С). При 1499° С в результате перитектической реакции

Жв + Фн ,

образуются кристаллы аустенита (площадка на кривой охлаждения), но часть жидкости остается в избытке. В интервале температур t₂ – t₃ из оставшейся жидкости сплава выделяются кристаллы аустенита по формуле

Ж_В3 А ₃

Первичная кристаллизация заканчивается при температуре t₃ (перегиб на кривой охлаждении), ниже которой сталь состоит из одного аустенита. В интервале температур t₃ – t₄ происходит физическое охлаждение аустенита.

При температуре t₄, соответствующей критической точке А₃, начи­нается вторичная кристаллизация (перегиб на кривой охлаждения) – аус-тенит превращается в феррит по формуле

А _{4 S} Ф_{4 Р.}

При этом выделение феррита, почти не содержащего углерода, вызывает обогащение углеродом оставшегося аустенита, концентрация которого меняется по кривой 4 S. При достижении точки 5 (А₁, 727 ° С) состав аустенита примет эвтектоидную концентрацию (точка S, 0,8 % С) и при постоянной температуре будет превращаться в перлит (площадка на кривой охлаждения).

 

Рис. 2. Часть диаграммы состояния железо-углерод (а) и кривая

охлаждения стали с 0,4 % С (б) и 1,2 % С (в)

А_0,8 П_{0,8 .}

После окончания охлаждения при комнатной температуре структура стали состоит из феррита и перлита.

Заэвтектоидная сталь (1,2 % С). Отмечаем заданный сплав вертикалью II на диаграмме (рисунок 2,а). Обозначаем критические точки стали 6, 7, 8, 9 и строим кривую охлаждения (рисунок 2,в). При температуре t₆, лежащей на линии ликвидус, начинается первичная кристаллизация аустенита состава 6' (перегиб на кривой охлаждения). По мере охлаждения в интервале температур t₆ – t₇ происходит выделение кристаллов аустенита переменного состава, концентрация которых определяется линией солидус от точки 6' до точки 7; жидкая фаза обогащается углеродом, концентрация которого меняется по линии ликвидус от 6 до 7', т.е. первичная кристаллизация протекает по формуле

 

Ж_67' А _{6' 7.}

В точке 7 заканчивается первичная кристаллизация аустенита (перегиб на кривой охлаждения). При дальнейшем охлаждении до t₈ сталь имеет однофазную аустенитную структуру. При достижении t₈ (А_ст) аустенит оказывается предельно насыщенным углеродом и из него начинает выделяться цементит вторичный (перегиб на кривой охлаждения). Вторичная кристаллизация стали идет по формуле

 

A₈₉ Ц_{II .}

Содержание углерода в аустените при охлаждении от t₈ до t₉ уменьшается по линии 8, S т.е. до концентрации 0,8 % С и при постоянной температуре t₉ (А₁ 727° С) аустенит претерпевает эвтектоидное превращение (площадка на кривой охлаждения)

 

А_0,8 П_{0,8 .}

По окончании этого превращения структура стали состоит из перлита и цементита вторичного. Такую структуру будет иметь сталь 4 при комнатной температуре.

Доэвтектический чугун (3,0 % С). Отмечаем данный сплав I вертикалью на диаграмме (рисунок 3,а). Обозначаем критические точки 1, 2, 3 и строим кривую охлаждения (рисунок 3,6).

Первичная кристаллизация чугуна начинается выделением кристаллов аустенита состава 1' при достижении температуры t₁ (перегиб на кривой охлаждения). По мере охлаждения чугуна в интервале температур t₁ – t₂ жидкая фаза обогащается углеродом по линии ликвидус 1 С, а твердая (аустенит) - по линии 1' Е. Формула первичной кристаллизации чугуна

Ж₁₈ А_{1 E.}

При температуре t₂ (1147° С) оставшаяся часть жидкого сплава до­стигает концентрации 4,3 % С (эвтектическая точка С). Жидкий сплав за­твердевает при постоянной температуре 1147° С с образованием эвтектики (ледебурита):

Ж_4,3 Л_{4,3 .}

 

Рис. 3. Часть диаграммы Fе - С (а) и кривая охлаждения чугуна с 3,0 % С (б)

 

На кривой охлаждения наблюдается площадка. При понижении температуры от 1147 до 727⁰ С аустенит обедняется углеродом и образуется новая высокоуглеродистая фаза - цементит вторичный (Ц_II). При температуре t₃ (A₃ 727° С) протекает эвтектоидное превращение аустенита (площадка на кривой охлаждения) как свободного, так и входящего в состав ледебурита:

А_0,8 П_{0,8 .}

Структура чугуна после окончательного охлаждения состоит из аус­тенита + цементита вторичного + ледебурита.

Определение состава фаз (структуры) и их количественного соотношения

Правило концентраций позволяет определить в любой точке двухфазной области диаграммы химический состав каждой фазы. Для этого через данную точку необходимо провести горизонталь до пересечения с границами области (коноду), проекции точек пересечения на ось концентрации дадут химический состав соответствующих фаз.

Например, в точке а (рисунок 3,а) содержание углерода в жидкой фазе соответствует проекции точки а" (3,8 % С), а содержание углерода в аустените - проекции точки а' (1,9 % С). Правило концентраций для точки а записывается так: т.а Ж_3,8 + А_1,8.

С помощью правила отрезковв любой точке двухфазной области диаграммы определяют относительное весовое количество (ОВК) каждой фазы (структурных составляющих).

Для этого через данную точку прово­ят коноду и вычисляют отношение длины отрезка коноды, примыкающей к противоположному составу фаз, ко всей коноде.

Например, в точке а (рисунок 3,а)

 

овкЖ = или ;

 

овкА = или .

 

1.2 Контрольные вопросы:

 

1) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) при 1147 ⁰ С (линия ЕСF)?

2) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии ЕS?

3) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии РQ?

4) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии СD?

5) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) при 727 ° С (линия РSК)?

6) Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит?

7) Какие превращения происходят в сплавах при температурах А₁, А₂, А₃, А₄, А_cт?

8) Как определить состав и соотношение фаз в любой точке диаграммы Fе-С?