Кривые охлаждения и анализ фазовых превращений железоуглеродистых сплавов

а б

Рис. 29. Кривые охлаждения доэвтектоидной стали (а) и доэвтектического чугуна (б).

При понижении температуры в сплаве 1 (рис. 29 а) до линии ликвидус (точка t₁) из жидкой фазы начинают выделятся кристаллы δ-феррита и сплав становится двухфазным (жидкий сплав и кристаллы δ-феррита). Степень свободы системы равна единице. f = 2 + 1 - 2 = 1. Состав твердого раствора при понижении температуры меняется по линии солидус, а состав жидкого сплава по линии ликвидус. Например, при температуре t_п (1499^оС) в равновесии находится δ-феррит состава точки Н (0,1%) и жидкая фаза состава точки В (0,51% С). При температуре 1499^оС (f = 2 + 1 - 3 = 0) протекает перетектическая реакция. Ниже перетектической температуры из жидкого сплава кристаллизуется аустенит. При температуре t₃ сплав полностью затвердевает. В интервале температур t₃ - t₄ (f = 2 + 1 - 1 = 0) существует только аустенит. При понижении температуры несколько ниже критической точки А₃ (линия GS) из аустенита выделяется феррит. Сплав получает двухфазное состояние: аустенит и феррит (f = 2 + 1 - 2 = 1). Состав аустенита при понижении температуры изменяется по линии GS, а феррита - PG. При t = 727^оС (А₁) содержание углерода в аустените достигает 0,8% (точка S). Аустенит, имеющий эвтектоидный состав, распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита, образующих перлит. Эвтектодный распад аустенита протекает при 727^оС. Система безвариантна. Присутствуют три фазы: феррит (0,02% С), цементит и аустенит (0,8% С). (f = 2 + 1 - 3 = 0). Аналогичные превращения протекают в любой доэвтектоидной стали. Структура доэвтектоидной стали феррит плюс перлит. В заэвтектоидной стали на кривой охлаждения отсутствует выделение δ-феррита. На кривой охлаждения наблюдается перелом, вызываемый выделением из жидкости кристаллов аустенита (f = 2 + 1 - 2 = 1). Состав кристаллов меняется по линии солидус JE, а жидкой фазы по линии ликвидус BC. До критической точки А_m (SE) сплав состоит только из кристаллов аустенита. Ниже линии SE сплав двухфазный (аустенит + цементит вторичный). На линии PSK аустенит распадается с образованием перлита. Структура заэвтектоидных сталей перлит и цементит вторичного.

Сплав 2 (рис. 29 б) иллюстрирует охлаждение чугуна. Ниже температуры t₁ сплав имеет двухфазное состояние: жидкость и кристаллы аустенита. f = 2 + 1 - 2 = 1. При температуре 1147^оС (линия ЕС) аустенит достигает предельной концентрации, указываемой точкой Е (2,14% С), а оставшиеся жидкость - эвтектического состава 4,3% С (тоска С). Она затвердевает при одновременной кристаллизации двух фаз (аустенита и цементита), образующих ледебурит. Процесс эвтектической кристаллизации протекает при постоянной температуре (на кривой охлаждения имеется площадка). Присутствуют три фазы аустенит (2,14% С), цементита (6,67% С) и жидкости (4,3% С). f = 2 + 1 - 3 = 0. После затвердевания чугун состоит из кристаллов аустенита предельной концентрации и ледебурита (аустенит + цементит). При дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется цементит. Состав аустенита изменяется по линии SE. При температуре 727^оС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8% С), указываемого точкой S, распадается одновременным выделением двух фаз: феррита и цементита, образующих перлит. Структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита. Эвтектический чугун (4,3% С) кристаллизуется при температуре 1147^оС (площадка на кривой охлаждения). Структура эвтектического чугуна ледебурит. При дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется вторичный цементит, а при температуре 727^оС происходит эвтектоидный распад аустенита, содержащего 0,8% С (точка S) c образованием перлита. При температуре выше 727^оС ледебурит состоит из аустенита и цементита, а при температуре ниже 727^оС - из перлита и цементита.