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_γ→Fe_α, 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 (Ц₁, из аустенита — вторичным (Ц_II), а из феррита — третичным (Ц_III ).

Проследим за формированием структуры сталей с содержанием углерода 1,5% при их медленном охлаждении, начиная с температуры 1600°С. Критические точки, соответствующие температурам превращений, показаны на фигуративных линиях рисунка 9.

До температуры 1450⁰C (точка 1) заэвтектоидная сталь с 1,5% углерода на­ходится в жидком состоянии. При t — 1450⁰C начинается процесс кристаллизации. В интервале температур 1450—1250"С (точки 2, 3) в сплаве сосуществуют две фа­зы: жидкий раствор и аустенит. В интервале температур 1250—950⁰C (точки 3, 4) сплав охлаждается, не претерпевая никаких превращений; состав сплава представлен аустенитом. При охлаждении сплава ниже 950⁰C (точка 4) 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 727⁰C (точки 4, 5) изменяется согласно линии ES от точки 4 к точке S:

А_{(4-5) 950-727}^о_С → Ц_I (4)

При температуре 727°С (точка 5) в сплаве происходит эвтектоидное превра­щение, в результате которого образуется перлит. Ниже температуры 727°С растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного (Ц_III) (точки 5,6).

Рисунок 9- Схема для изучения превращений, происходящих в стали с со­держанием углерода 1,5% при медленном охлаждении:

а)— диаграмма состояния;

б)— кривая кристаллизации сплава

Схема структур и состав фаз, а также структурных составляющих для рас­сматриваемого случая приведены на рисунке 10.

В качестве примера рассмотрим расчет весового количества структурных состав­ляющих и фаз с помощью правила отрезков в заэвтектоидной стали с 1,5% углерода при 600⁰C (см. рисунок 9).

Содержания структурных составляющих определяются последовательно по мере их образования в процессе охлаждения сплава с применением правила отрезков для двух сосуществующих фаз или структурных составляющих по коноде abc6def. Величину отрезков будем измерять в процентах углерода. Считаем, что концентрация в точке а 0,01 % углерода.

Определим фазовый состав в точке 6:

Количество структурных составляющих в точке 6:

Учитывая некоторые особенности в использовании коноды для области диаграм­мы, где находятся три структурные составляющие, рассмотрим расчет для такого случая на примере точки 7 (содержание углерода 4% при температуре 600⁰C):