В процессе кристаллизации

Из диаграммы Fe–Ц (см. рис. 2.1.1) следует, что все стали в результате затвердевания (т.е. непосредственно ниже линии солидус NJBE) приобретают однофазную аустенитную структуру (А).

Видно также, что при дальнейшем охлаждении они пересекают ряд линий диаграммы, значит в них происходят превращения в твердом состоянии. Эти превращения вызваны явлением полиморфизма железоуглеродистых сплавов (а также уменьшением растворимости С в А (линия ЕS) и Ф (линия PQ) с понижением температуры). Как следует из диаграммы Fe–Ц, эти превращения в сталях заканчиваются на линии PSK (727 ^оС), т.к. ниже этой температуры какие – либо критические линии отсутствуют.

На примере стали, содержащей 0,8 %С (т. S), видно, что превращение, происходящее при Т £ 727 ^оС, заключается в распаде аустенита на смесь феррита и цементита:

_охл.

А _S ® Ф_р + Ц, (2.1)

где индексы S и Р показывают содержание С в аустените и феррите соответственно (в цементите оно не указывается, т.к. при любой температуре равно

6,67 %С).

Такое превращение, когда при постоянной температуре из одной твердой фазы образуются две другие (при фиксированных составах фаз) называется эвтектоидным.

В железоуглеродистых сплавах эвтектоидное превращение (2.1) называется перлитным, поскольку в результате него образуется перлит - чередующаяся смесь тонких кристаллов (пластинок) феррита и цементита – структура, напоминающая перламутровый (жемчужный) узор раковин.

В зависимости от содержания С углеродистые стали делятся на

доэвтектоидные (0,02…0,8 %С), эвтектоидные (»0,8 %С), заэвтектоидные (0,8…2,14 %С).

Из приведенного выше обсуждения очевидно, что равновесная структура эвтектоидной стали – перлит (см. рис. 2.1.2 в).

Рис. 2.1.2. Структура технического железа (а), доэвтектоидной (б),

эвтектоидной (в), заэтвектоидной (г) сталей

В доэвтектоидных сталях помимо перлита (П) в структуре содержатся кристаллы избыточного [10] феррита, образовавшиеся из аустенита при охлаждении между линиями GS и PS (рис. 2.1.2 б).

В заэвтектоидных сталях перлитному превращению предшествует выделение вторичного цементита (Ц_II)[11] из аустенита, поскольку предельное содержание С в А уменьшается с понижением температуры (по линии ES). Поэтому структура заэвтектоидных сталей состоит из зерен перлита, разделенных сеткой кристаллов Ц_II (см. рис. 2.1.2 г).

Таким образом, основной структурной составляющей углеродистых сталей в равновесном состоянии является перлит (см. рис. 2.1.2). Эвтектоидная сталь содержит одну структурную составляющую (П), все остальные стали по две: доэвтектоидные П + Ф, заэвтектоидные П + Ц_II.

В сплавах, содержащих < 0,02 %С (левее т. Р, см. рис. 2.1.1), перлит в структуре отсутствует, т.к. в процессе охлаждения они не пересекают линию перлитного превращения (PSK). Эти сплавы называются техническим железом в отличие от химически чистого Fe, представленного на диаграмме Fе – Ц вертикалью ANG0). Структура технического Fе – феррит (хотя в сплавах, содержащих 0,01…0,02 %С присутствует небольшое количество третичного цементита – Ц_III).

Заметим, что несмотря на разнообразие структур[12], (обусловленное тем, что сплавы с разным содержанием углерода пересекают при охлаждении различные линии диаграммы Fe –Ц), фазовый состав сплавов, содержащих >0,01%С, одинаков – Ф + Ц.