Диаграмма состояния железо - углерод. (лабораторная работа)

Кристаллизация доэвтектоидной стали, содержащей более 0,51 %С (рис. 3.3),

начинается в точке 1, где в жидкой фазе зарождаются первые зерна аустенита, и заканчи-

вается в точке 2. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии

ликвидус BС, а аустенита - по линии солидусJE. Между точками 1 и 2 число степеней

свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента – железо и углерод, две фазы – жидкость и

аустенит), следовательно, процесс может идти со снижением температуры. После

затвердевания сплав имеет однофазную структуру аустенита. Между точками 2 и 3 идет

охлаждение аустенита. Между точками 2 и 3 число степеней свободы с = 2 – 1 + 1 = 2 (два

компонента – железо и углерод, одна фаза – аустенит), следовательно, процесс может идти

со снижением температуры. В интервале от точки 3 до точки 4 происходит превращение

аустенита - выделяя низкоуглеродистый феррит, аустенит обогащается углеродом в

соответствии с линией GS и в точке 4 концентрация углерода в нем достигает эвтектоидной -

0,8%С. Между точками 3 и 4 число степеней свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента –

железо и углерод, две фазы – аустенит и цементит), следовательно, процесс может идти со

снижением температуры. При постоянной температуре 727 °С (площадка 4-4') происходит

эвтектоидное превращение A → ФР +Ц аустенита в мелкодисперсную механическую смесь

феррита и цементита, называемую перлитом. В точке 4 число степеней свободы с = 2 – 3 + 1

= 0 (два компонента – железо и углерод, три фазы – а устенит, феррит и цементит), что

подтверждает выделение перлита при постоянной температуре. При дальнейшем

охлаждении до точки 5 происходит выделение из феррита избыточного углерода (в связи с

понижением растворимости по линии диаграммыPQ) в виде третичного цементита. Между

точками 4 и 5 число степеней свободы с = 2 – 2 + 1 = 1 (два компонента – железо и углерод,

две фазы – феррит и цементит), следовательно, процесс может идти со снижением

температуры. Конечная структура Ф + П +ЦIII (феррито-перлитная).

Количественное соотношение между ферритом и перлитом в доэвтектоидных сталях

определяется содержанием углерода (чем выше содержание углерода, тем больше перлита).

Кристаллизация зазвтектоидных сталей (рис.3.4) начинается в точке 1 выделением

из жидкого расплава аустенита и заканчивается в точке 2. Состав жидкого расплава

изменяется по линии BС, а аустенита - по линии JE. После затвердевания сплав имеет

однофазную структуру аустенита. При дальнейшем охлаждении от точки 2 до точки 3

структурных превращений сталь не претерпевает, идет простое охлаждение. В интервале

точек 3-4 происходит выделение вторичного цементита в связи с уменьшением

растворимости углерода в аустените согласно линии ES диаграммы. При медленном

охлаждении цементит выделяется по границе аустенитных зерен. Состав аустенита

изменяется согласно линии ES и в точке 4 при температуре 727 °С аустенит содержит 0,8%

С. На линии SK (на кривой - площадка 4-4') происходит эвтектоидное превращение

аустенита в перлит. При дальнейшем охлаждении ниже точки 4 из феррита, входящего в

перлит, выделяется третичный цементит. Третичный цементит, наслаиваясь на кристаллы

вторичного цементита и цементита перлита, не оказывает заметное влияние на свойства.

Поэтому при рассмотрении структур заэвтектоидных сталей о третичном цементите обычно

не упоминают. Конечная структура П +ЦII +ЦIII - перлито-цементитная.

Доэвтектические чугуны (рис.3.5) начинают кристаллизацию в точке 1, где при

последующем охлаждении происходит выделение из жидкой фазы кристаллов аустенита

переменного состава, концентрация которого определяется линией JE , а жидкого расплава -

линией ликвидус BС. В точке 2 содержание углерода в расплаве достигает 4,3% и при

постоянной температуре 1147 °С оставшийся расплав кристаллизуется в эвтектику

(дисперсную смесь аустенита, содержащего 2,14%С, и цементита), называемая ледебуритом

Ледебурит имеет сотовое или пластинчатое строение. При дальнейшем

охлаждении (участок 2 - 3) аналогично заэвтектоидной стали из аустенита (структурно

свободного и входящего в состав ледебурита) выделяется избыточный углерод в виде

вторичного цементита. Аустенит при этом обедняется углеродом и при температуре 727°С

приобретает состав, соответствующий эвтектоидному. В точке 3 начинается эвтектоидное

превращение аустенита в перлит при постоянной температуре 727 °С (площадка 3-3*).

Перлит образуется из структурно свободного аустенита и из аустенита, входящего в состав

ледебурита. Ледебурит, состоящий из смеси цементита и перлита, носит название

видоизмененного ледебурита Лвид (П+Ц) в отличие от ледебурита состава Л (А+Ц). При

дальнейшем охлаждении от точки 3/ до точки 4 происходит выделение избыточного углерода

из феррита, входящего в перлит и видоизмененный ледебурит, в виде третичного цементита,

наслаивающегося на цементит перлита и ледебурита. Третичный цементит не влияет на

свойства чугунов из-за незначительного количества, по сравнению с общим количеством

цементита в чугунах. Конечный состав доэвтектического чугуна П+Лвид+ЦII, поэтому такой

чугун называют перлито-ледебурито-цементитным чугуном.