1.3. Анализ структурного состава

Формирование структур в сплавах можно изучить, анализи­руя по диаграмме процессы, происходящие в них при охлажде­нии или нагревании. Рассмотрим области диаграммы, которые отвечают равновесным состояниям сплавов системы.

В процессе эвтектического превращения жидкий раствор зат­вердевает в виде ледебурита. Во всех сплавах системы с концен­трацией углерода более 0,02% при температуре 727°С (линия PSK) происходит эвтектоидное превращение, причиной которого явля­ется полиморфное превращение Fe Fe_a В результате эвтектоидного превращения происходит распад аустенита, приводящий к образованию перлита. Цементит может образовываться из жидкой и твердой фаз при различных температурах. Цементит, выделяющийся за счет изменения растворимости при пониже­нии температуры из жидкой фазы, называют первичным, из аустенита — вторичным, а из феррита — третичным.

Проследим за формированием структуры сталей с содержа­нием углерода 1,5% при их медленном охлаждении, начиная с температуры 1600. Критические точки, соответствующие тем­пературам превращений, показаны ка фигуративных линиах рис, 3.4.3.

А) Б)

Рис. 3.4.3. Схема дня изучения превращений, происходящих в сплаве II при медленном охлаждении: а — диаграмма состояния; б — кривая кристаллизации сплава

Схема структур и состав фаз, а также структурных составляю­щих для рассматриваемого случая приведены на рис. 3.4.4.

До температуры 1450 (точка 3) заэвтекгоидная сталь с 1,5% углерода находится в жидком состоянии. При f = 1450 наминает­ся процесс кристаллизации. В интервале температур 1450—1250 (точки 3, 4) в сплаве сосуществуют две фазы: жидкий раствор и аустенит. В итервале температур 1250—950 (точки 4, 1) сплав охлаждается, не претерпевая никаких превращений; состав спла­ва представлен аустенитом. При охлаждении сплава ниже 950⁰С (точка 1) аустенит с концентрацией углерода 1,5% становится пересыщенным. Избыточный углерод из зерен аустенита диф­фундирует к их границам и здесь выделяется в виде цементита вторичного.

Концентрация углерода в аустените при охлаждении сплава от 950 до 727 (точки 1, 2) изменяется согласно линии ES от точки 1 к точке S:

(3.4.6)

При температуре 727 (точка 2) в сплаве происходит эвтектоидное превращение, в результате которого образуется перлит. Ниже температуры 727 растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ), В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного (Ц_ш) (точ­ки 2_, 5).

В качестве примера рассмотрим расчет носового количества структурных составляющих с помощью правила отрезков в заэвтектоидной стали с 1,5 углерода при 600°С (см. рис. 3.4.3),

Содержания структурных составляющих определяются после­довательно по мере их образования в процессе охлаждения сплава с применением правила отрезков для двух сосуществую­щих фаз или структурных составляющих. Весовая доля вторич­ного цементита определяется его количеством, выделившимся в интервале температур 950—727 (точки 1 и 2). Количество вто­ричного цементита можно определить из соотношения отрезков S- 2 и S-К (727):

Рис. 3.4.4. Схема структур и состав фаз, а также структурных составляющих для структурного анализ диаграммы состояния Fe — C (заэвтектиидная сталь

1,5% С)

Количество перлита, образовавшегося при эвтектоидном пре­вращении (727, составит 100 — 11,9 - 88,1% веса всего сплава. Концентрация углерода в феррите при 727 соответствует 0,02%, а в цементите — 6,67%. Соотношение фаз в эвтектоиде будет следующим:

Ф

Ц=100-88,2=11,8%

Полученные значения пересчитаем по отношению к весу все­го сплава:

Ф=; Ц=

В процессе медленного охлаждения стали от t = 727 раство­римость углерода в феррите уменьшается, в результате чего из­быточный углерод выделяется в виде третичного цементита. Ко­личество третичного цементита можно определить из отноше­ния веса Ц_III к весу феррито-цементитной смеси:

Ц_III =

Подсчитаем весовую долю Ц_III по отношению к весу всего сплава, который вьделился из феррита эвтектоида:

Ц_III == 0,1%.

В результате выделения Ц_III относительный вес феррита эвтектоида уменьшится на 0,1% и будет равен 77,7 - 0,1 = 77,6%. Таким образом, в заэвтектоидной стали (1,5% С) при 600 структурные составляющие по отношению к весу всего сплава распределяются так:

• перлит (Ф + Ц) = 77,6 + 10,3 = 87,9%;

• цементит вторичный Ц_II — 11,9%;

• цементит третичный Ц_III — 0,1%.