Последовательность образования равновесной структуры

На примере сплава, содержащего 0,5% С, рассмотрим последовательность протекания фазовых превращений, образующих в конечном счете равновесную структуру, предполагая его охлаждение с температур жидкого состояния равновесным. Фигуративная прямая анализируемого сплава проведена на рис. 3.1, а схема кривой охлаждения показана на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема кривой охлаждения сплава (0,5% С) и образования его равновесной ферритно-перлитной структуры

Итак, до температуры 1 следует простое охлаждение жидкого сплава.

От точки 1, лежащей на линии ликвидуса, начинается образование кристаллов аустенита. Их количество растет и при температуре в точке 2 процесс кристаллизации заканчивается. Далее последует простое охлаждение зерен аустенита.

По достижении температуры точки 3 (рис. 3.1) посредством перестройки ГЦК решетки в ОЦК решетку аустенит начинает превращаться в феррит. Это происходит практически одновременно в каждом зерне аустенита. Причем, концентрация углерода в образующемся феррите, в соответствии с его природой, определяется кривой PG диаграммы состояния. Поскольку в интервале температур 3-4 в аустените появляется и количественно растет ферритная составляющая с явно меньшим содержанием растворенного углерода, чем в анализируемом сплаве, концентрация углерода в убывающем количественно аустените увеличивается. Ее изменения описываются кривой GS диаграммы (рис. 3.1).

В итоге, при температуре точки 4 в пределах границ каждого первичного зерна аустенита в равновесии окажутся феррит состава точки P и остаток аустенита состава точки S.

Последующий отвод тепла нарушит устойчивость остатка аустенита и он претерпит диффузионное актектоидное превращение в перлит по схеме:

ЭФg^S → (α+Fe₃C)

Процесс совершается с выделением тепловой энергии и поэтому протекает на отрезке изотермы 4-4′ (рис. 3.3). Охлаждение ниже точки 4′ практически не изменит образовавшейся структуры. Она состоит из феррита и перлита.

Подобная структура типична для любого доэвтектоидного сплава. Причем, по мере увеличения концентрации углерода монотонно растет количество перлитной составляющей и убывает количество ферритной составляющей. При содержании углерода, равном 0,8%, сплав имеет чисто перлитную структуру (рис. 3.4, в).

а б в г

Рис. 3.4. Схемы структур чистого железа (а), доэвтектоидной (б), эвтектоидной (в) и заэвтектоидной (г) стали

В заэвтектоидных сплавах их равновесное охлаждение ниже солвуса ES сопровождается образованием вторичного цементита, образующего оболочку вокруг первичного аустенитного зерна. Затем аустенит превращается в перлит. Поэтому любой заэвтектоидный сплав со структурой из зерен перлита, окаймленных оболочкой вторичного цементита. Под микроскопом вторичный цементит виден в форме сетки (рис. 3.4, г).