materialovedenie1 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 17

Рассмотрим превращения, протекающие в сталях при охлаждении из однофазной аустенитной области (рис. 3.!4). Сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С (точка Р диаграммы), называют техническим железом. Если углерода содержится меньше 0,0002% (сплав 1), то при охлаждении от температуры точки 1 до температуры точки 2 происходит перекристаллизация аустснита в феррит.

Однофазная ферритная структура сохраняется вплоть до температуры 20-25'С (рис. 3.15,а). При содержании углерода в техническом железе больше 0,0002%, как в сплаве П, после образования феррита, начиная с температуры точки 5, происходит вьщеление из феррита кристаллов третичного цементита. Этот процесс вызван уменьшением рас~воримости углерода в феррите (см. линию РЦ, рис. 3.14). Конечная структура будет двухфазной: феррит и трагичный цементит, причем цементит располагается в виде прослоек по границам ферритных зерен (рис 3.15,б). Третнчный цементит ухудшает технологическую пластичность.

При температуре 20 — 25'С третичный цементит имеется во всех железоуглероднстых сплавах, содержащих более 0,0002% С. Однако роль третичного цементита в формировании свойств невелика, так как его содержание мало по сравнению с цементитом, выделившимся при других фазовых превращениях. Обычно при рассмотрении структуры сплавов с содержанием углерода более 0,02ос о третичном цементнте не упоминают. Сплав Е( (см, рис. 3.14) с содержани- Влияние хииичесиого состава на равнавесиуэо структуру сняаеов 59 Ряс. ЗЛ5. МнкросЧэу"гура технически чистого желе- а — < 0,006АС, х 300: 0,01'СС, х 300 гуег)эгг~~гф ффд0г б1 Рнс.

3.16. Мнкрострукгурн сталей: а — доэяэенсондная, 0 — эятектоидння; е — эяэвтектондня», х 300 ем 0„8%. С называется эвтектоилной сталью. В ней при температуре линии РБК происходит эвтектоидное превращение, в результате которою из аустенита выцеляются феррит с содержанием 0,02г С н цементит. Такую смесь двух фаз называют перлитом (рис. 3Лб,б). Звтекгоидное преврагцение 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 соцержанием УглеРода менее О,о гг называют доэвтектоидной сталью. Эвтектоидному преврагцению в таких сталях прецшествует частичное преврагцение аустенита в феррит в интервале температур точек 1 — 2. При температуре точки Ь фазовый состав сплава А, + Ф„. Количесгяенное соотношение аусгенита и феррнта соответственно определяется отношением отрезков иЬ и Ьс. При температуре точки 2 сплав имеет фазовый состав Ак+ Фр с количественным соотношением фаз соответственно Р2 и 2$.

В результате эвтекгоидного превращения аустенит переходит в перлит, который вместе с выделившимся ранее ферритом образует конечную структуру стали (рис. 3.1б,а). Количественное соотношение между структурными составляющими (феррит и перлит) в доэвтектоидных сталях определяется содержанием углерода. Чем ближе содержание углерода к эв- ВО Закономерности формирования структуры ыатсриалоо О,Ю 2 гз йл о,око,за Ряс. 3.17.

Часть диаграммы состояния Ге — Ре С лля высскоуглеролвстых сплавов з тектоидной концентрации, тем больше в структуре перлита. Следовательно, зная содержание углерода в доэвтектоилной стали, можно заранее предвидеть ее структуру в стабильном состоянии. Сплав П! — заэвтектоидная сталь ( > 0,8% С). Эвтектоидному превращению в этих сталях в интервале температур точек 3 — 4 предшествует выделение из аустенита вторичного цементнта Щзз). Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в аустените согласно линии ЕЯ дипраммы. В результате при охлаждении до температуры точки 4 аустенит в стали обедняется узлеродом до 0,8~~с и на линии РБК испытывает эвтектоидное превращение. При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется на границах аустенитных зерен, образуя сплошные оболочки, которые на микрофотографиях вьплядят светлой сеткой (рис.

3.16,в). Максимальное количество структурно свободного цементита ( 20%) будет в сплаве с содержанием углерода 2,14 ло Превраи!ения чугунов. В сплавах с содержанием углерода более 2,14% при кристаллизации происходит эвтектическое превращение. Такие сплавы называют белыми чугунами. Сплав П (рис. 3.!7)- эвтектический белый чугун (4,3%С) кристаллизуется при эвтектической температуре изотермически с одновременным выделением двух фаз: аустенита состава точки Е в пементита.

Образующаяся смесь этих фаз названа ледебуритом. Фазовый состав ледебурита, как и любой эвтектики, постоянен и определяется отношением отрезков !(!Аь = ЕС)СГ. Прн дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените изменяется по линии ЕБ вследствие выделения вторичного цементита и к температуре эвтектоидного превращения принимает значение 0„8;о При температуре линии РБК аустенит в ледебурите претерпевает эвтектондное превращение в перлит.

В доэвтектических белых чугунах ( < 4,3 % С) кристаллизация сплава начинается с выделения аустениза из жидкого раствора. В сплаве ! этот процесс идет в интервале температур точек 1 — 2. При температуре точки 2 образуется эвтектнка (ледебурит) по реакции Же+ Ах-л1Ае+Ц!+ А„. Прн последующем охлаждении из аустенитв, структурно свободного и входящего в ледебурнт, выделяется вторичный цементит. Обедненный вследствие этого аустенит при температуре 727'С превращается в перлиз. Структура доэвтектическоз о белого чузуна показана на рис, 3.18, а. Крупные темные поля на фоне ледебурита — перлит, образовавшийся из структурно свободного аустенита. Сплав П1 — заэвтектический белый чугун ( > 4,3% С). В заэвтекгических чугунах кристаллизация начинается с выделения из жидкого раствора кристаллов первичного цементита, который выделяется в интервале температур точек 5 — б; при этом состав жидкой фазы изменяется согласно линии !ЗС.

Первичная криста.тлизация заканчивается эвтектическим превращением с образованием ледебурита. При дальнейшем охлаждении происходят преврыпения в твердом состоянии, такие же, как в сплаве 11. Конечная структура заэвтектического чугуна при температуре 20 — 25'С показана на рис. 3.18,б. В ледебурите видны Ваинние химического гослтава на равноветирнэ ттнрук~нур> сл.эонов 61 Рис, 3.18. Микроструктура белых чугунов; е — Коэитектический; а — эититек~ический, к ЗОО темные участки перлита; резко выделяются крупные пластинки первичного цементига.

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 лиа~раммы. В системе железо †граф эвтектика образуется при температуре 1153'С. Она содержит 4,2б % С и состоит из аустенига и графита.

Ее называют графитной эвтектикой. Эвтектоидное превращение у сплавов системы железо — графит протекает при температуре 738'С, причем эвтектоид- РВ ~т~йх 2 ж 3 М ~лб ~ту ~тЮ Гэра Ряс. 3.19. Диаграмма состояния Ре — С тео а'ач кл )йвк яФФяйь Ф" ная точка соответствует содержанию 0,7% С. Структура эвтектоида состоит из феррита и графита. Эвгектоид называют графитовым. В интервале температур 1153 — 738еС из аустенита выпадает вторичный графит. При этом аустенит изменяет свой состав по линии Е'Я'. Линия СТт' указывает изменение состава жидкой фазы во время кристаллизации первичного графита. Чтение диаграммы состояния железо -графит принципиально не отличается от чтения диаграммы состояния железо †цемент.

По во всех случаях из сплавов выпадает не цементит, а графит. Первичный трафит и графит в эвтектике кристаллизуются путем образования и последующего роста заролышей. При этом кристаллы графита имеют сложную форлту в виде лепестков, выходящих из одного центра. Вторичный графит и графит эвтектоида, как правило, вылеляются на лепестках первичного и эвтектического графита. Железоуглеродистые сплавы могу~ кристаллизоваться в соответствии с диаграммой железо — графит только при весьма медленном охлаждении и наличии графитизируюших добавок 1Я.

М и др.). 3.4. Влияние легируницих элементов на равновесную структуру сталей В современном машино- и приборостроении широкое применение находят стали, в которых помимо железа, угле- 62 Закономерности формирования структуры материалов рода и постоянных примесей содержатся специально вводимые добавки других элементов, чаще всею металлов. Эти добавки принято называть легиругои(ими элементами, а стали, соответственно, легированными сталями.

В качестве легирующих наиболее часто используют следующие элементы: Сг, Хь Мп, Я„Мо, %, Ч, Тй Со, ХЬ. Реже использунп:..ся А1, Сп, В и некоторые другие. Почти все легирующие элементы изменяют температуры полиморфных превращений железа, температуру эвтектоидной и эвтектической реакций и влияют на растворимость углерода в аустените. Некоторые легиругощие элементы способны так же, как и железо, взаимодействовать с у1леродом, образуя карбиды, а также взаимодействовать друг с другом или с железом, образуя промежуточные фазы — ннтерметаллилы. Принято температуры равновесных превращений, совершающихся в железе и сталях в твердом состоянии, обозначать буквой А с соответствующим индексом. Темперазуры фазового равновесия указаны на дна| рамме состояния Ге — Ее«С, поэтому обозначения связаны с линиями этой диаграммы (см.

рис. 3.12). Эвтектоидную температуру (линия РЯК) обозначают А„температуру магнитного превращения Аг (линия МО), земперагуру линии б5 — А, температуру полиморфного превращения Ре„-+Ге, (линия )ЧУ)-Ав, температуру линии ЯЕ-А,м Вследствие ~истерезиса температуры превращений при нагреве всегда выше соответствующих температур прн охлаждении, поэтому введена дополнительная индексация: при нагреве — индекс с, при охлаждении-индекс г.

Магнитное превращение не имеет 1истерезиса. По влиянию на температуры Аз и Ав легирующие элементы можно разбить на две группы. Равновесные температуры Аз и Ав для чисгого железа равны соответственно 911 и 1392'С. В интервале указанных температур устойчива модификация Ре с ГЦК решеткой.