Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Чугуны можно подразделить набелые, серые и половинчатые: это название связано с цветом излома образцов этих сплавов.Если эвтектическое превращение идет по стабильной диаграмме равновесия Fe — C при некотором переохлаждении относительно 1153 °С (1153 С − Т)LC  E + Г,то в результате реакции формируется аномальная эвтектика, состоящая из кристаллов аустенита и графита.

Чугуны, в которыхэвтектическая реакция идет по стабильной диаграмме, называютсерыми.Если эвтектическое превращение идет по метастабильной диаграмме Fe — Fe3C при температуре 1147 С − ТLC  E + Fe3C,то в результате реакции формируется эвтектическая смесь, котораяназывается ледебуритом и представляет собой стержнеобразныекристаллы аустенита в матрице цементита. Чугуны, в которых эвтектическая реакция идет по метастабильной диаграмме, называютбелыми.18Если же часть жидкости при эвтектической реакции распадается с образованием графита и аустенита, а часть — с образованиемледебурита, то такой чугун называется половинчатым.Фазовые превращения, протекающие в соответствии со стабильной диаграммой, переводят систему в состояние с более низкой свободной энергией.

При таких переходах выделяется большая энергия, а следовательно, эти переходы пойдут с меньшимпереохлаждением по сравнению с метастабильными, т. е. линиидиаграммы Fe — C расположены выше, чем линии диаграммыFe — Fe3C.Если сплав переохлажден относительно линии стабильной диаграммы, но находится выше линии метастабильной, то превращение может идти только в соответствии с диаграммой Fe — C. Однако, если сплав переохлажден относительно линий обеих диаграмм, превращение пойдет по диаграмме Fe — Fe3C. Этообусловлено несколькими причинами:• для образования графитных включений необходима большаяработа по диффузии атомов углерода, так как графит полностьюсостоит из этих атомов, тогда как цементит — лишь на четверть;• расположение атомов в кристаллических решетках цементитаи аустенита гораздо меньше отличается от расположения атомов врешетках графита и аустенита, а это значит, что энергия межфазнойграницы /Fe3C намного ниже, чем энергия границы /Г;• удельный объем цементита близок к удельному объемуаустенита, тогда как удельный объем графита в несколько разбольше (плотность графита 2,3 г/см3).

Этот факт приводит к возникновению сильных упругих искажений при образовании графита в аустените.Отсюда можно сделать вывод, что хотя образование в качествевысокоуглеродистой фазы графита снижает энергию системы, наего выделение система затрачивает больше энергии.Структура чугуна зависит от скорости охлаждения сплава. Если охлаждение идет достаточно медленно и эвтектическое превращение начнется между линиями стабильного и метастабильного равновесия, оно пойдет по стабильной диаграмме: LC  E + Г.Но если скорость охлаждения такова, что превращение начнетсяниже метастабильного равновесия, то реализуется реакцияLC  E + Fe3C.19Кроме скорости охлаждения, на структуру чугуна оказываетвлияние его элементный состав: повышение концентрации углерода или кремния способствует протеканию превращений в соответствии со стабильной диаграммой, и наоборот, добавление марганца смещает равновесие в сторону метастабильной диаграммы состояния.Белые чугуныКонцентрация углерода в белых чугунах составляет 2,06…6,67 %, и все превращения в них, как и в сталях, идут по метастабильной диаграмме состояния Fe — Fe3C.

По структуре белые чугуны можно разделить на три группы: доэвтектические (2,14…4,3 % С), эвтектические (4,3 % С) и заэвтектические (4,3…6,67 % С) (табл. 2.1).Таблица 2.1Фазовый и структурный состав белых чугуновГруппа сплавовДоэвтектическаяЭвтектическаяЗаэвтектическаяС, % (мас.)Ф.С. при 20 °СС.С. при 20 °С2,14…4,3α + Fe3CЛпр + ЦII +П4,3α + Fe3CЛпр4,3…6,67α + Fe3CЛпр + ЦIПримечание. Лпр — ледебурит превращенный; ЦI и ЦII — цементит первичный и вторичный; П — перлитРассмотрим процесс формирования структуры сплавов в каждой из этих трех групп.В эвтектическом белом чугуне структура однофазного расплава сохраняется до температуры эвтектического превращения, после чего он переходит в ледебурит.

В интервале температур от эвтектической до эвтектоидной структура сплава не меняется. Приэтих температурах уменьшается растворимость углерода в аустените в соответствии с линией ES (см. рис. 1.1), и лишний углеродвыделяется из -твердого раствора в виде цементита вторичного.Но в данном сплаве эти изменения будут происходить внутри эвтектической смеси и заметны при металлографическом анализе небудут, так как цементит вторичный сольется с цементитом эвтек20тического происхождения. При некотором переохлаждении относительно 727 С (температура эвтектоидного равновесия S  αP ++ Fe3C) аустенит, находящийся в составе ледебурита, распадаетсяна эвтектоидную пластинчатую смесь — перлит.

Таким образом,при комнатной температуре структура эвтектического белого чугуна представляет собой так называемый ледебурит превращенный, в котором перлитные области стержнеобразной формы окружены цементитной матрицей. Структура эвтектического белогочугуна представлена на рис. 2.1.Рис. 2.1. Структура ледебуритаВ заэвтектических белых чугунах однофазный расплав существует до линии DC, а далее между линиями DC и EF (см.

рис. 1.1)начинается кристаллизация пластин цементита первичного ЦI. Впроцессе кристаллизации состав расплава меняется по линии DC, асостав кристаллов цементита неизменен и равен 6,67 % С. Притемпературе 1147 С состав жидкости становится эвтектическим(4,3 % С), и в сплаве протекает эвтектическая реакция с образованием ледебурита. Далее, как и в эвтектическом белом чугуне, винтервале температур от эвтектической до эвтектоидной внутриледебурита выделяется цементит вторичный, а затем при эвтектоидной температуре ледебурит преобразуется в ледебурит превращенный, т. е.

при комнатной температуре в структуре сплава при21сутствуют кристаллы цементита первичного состава 6,67 % С иледебурит превращенный состава 4,3 % С. На рис. 2.2 приведенаструктура заэвтектического белого чугуна.Рис. 2.2. Структура заэвтектического белого чугунаСтруктурный состав заэвтектическо белого чугуна состава xможно рассчитать следующим образом:QЛпр Fx6,67  x 100 %  100 %;F C6,67  4,3QЦI x Cx  4,3 100 %  100 %.F C6,67  4,3На рис.

2.3 приведена структура доэвтектического белого чугуна. При охлаждении между линиями ВС и ЕF (см. рис. 1.1) израсплава выделяются дендриты аустенитного твердого раствора(первичные кристаллы). При этом состав кристаллов меняется полинии солидус JE, а состав расплава — по линии ликвидус ВС.При достижении температуры 1147 С расплав приобретает эвтектический состав и преобразуется в ледебурит. В интервале температур от эвтектической до эвтектоидной уменьшается растворимость углерода в γ-твердом растворе.

В результате этого из аусте22нита выделяется цементит вторичный ЦII, но в отличие от сплавов,рассмотренных ранее, здесь он фиксируется как отдельная структурная составляющая, располагаясь по границам аустенитногоРис. 2.3. Структура доэвтектического белого чугуназерна.

При эвтектоидной температуре содержание углерода ваустените достигает 0,8 %, причем аустенит присутствует в структуре как в виде отдельных зерен, так и в составе ледебурита, иаустенит этого состава вступает в эвтектоидную реакцию, образуяперлит. Таким образом, при комнатной температуре в структуредоэвтектического белого чугуна присутствуют три структурныесоставляющие: перлит состава 0,8 % С, цементит вторичный в виде каемки вокруг перлита (содержание углерода в нем 6,67 %) иледебурит превращенный состава 4,3 % С.При расчете структурного состава доэвтектического белого чугуна концентрации x сначала определяется количество ледебуритапри температуре 1147 С − Т, так как оно не будет изменятьсяпри охлаждении, и рассчитанное количество будет равно количеству ледебурита превращенного при комнатной температуре20(QЛ1147T  QЛпр):QЛ xEx  2,06 100 %  100 %;CE4,3  2,0623QA I Cx4,3  x 100 %  100 %.CE4,3  2,06Далее, как уже говорилось, из аустенита первичного состава2,14 % С выделяется цементит вторичный 6,67 % C, а потомаустенит состава 0,8 % C преобразуется в перлит.

Количество цементита вторичного и перлита можно рассчитать какQЦII QП ES2,14  0,8QA I QA I ;K S6,67  0,8K E6,67  2,14QA I QA I .K S6,67  0,8Как видно из табл. 2.1, во всех белых чугунах в качестве однойиз структурных составляющих присутствует ледебурит превращенный.Так как в структуре белых чугунов содержится много цементита, они обладают высокой прочностью, но очень низкой пластичностью. Из-за этого они не находят применения.Серые чугуныВ серых чугунах эвтектическая реакция LC  E + Г идет постабильной диаграмме состояния Fe — C. Поскольку формирующаяся при реакции эвтектическая смесь является аномальной,структура доэвтектических, эвтектических и заэвтектическихсплавов практически не отличается и при температуре 1153 С −Т представляет собой крабовидные включения графита и кристаллы аустенита. Схематически эта структура представлена нарис.

2.4.В этих сплавах отличается лишь соотношение графита и аустенита, а также происхождение этих кристаллов — первичное илиэвтектическое. Крабовидная форма графитных включений связанас сильной анизотропией поверхностной энергии: кристаллы стремятся расти таким образом, чтобы быть со всех сторон ограненными гексагональными поверхностями {001}, обладающими минимальной удельной поверхностной энергией. В плоскости шлифаграфитные включения имеют пластинчатую форму.24Рис. 2.4. Структура серого чугуна в фазовой  + ГобластиПри дальнейшем понижении температуры в зависимости отскорости охлаждения и состава сплава превращения могут идтикак по стабильной (с выделением графита), так и по метастабильной (с выделением цементита) диаграммам.

Характеристики

Список файлов книги