Влияние растворимости углерода на структуру сплава

В связи с изменением растворимости углерода в a- и g-железе при охлаждении и нагревании структура сплавов также изменяется. При охлаждении твердые растворы пересыщаются углеродом и выделяются кристаллы высокоуглеродистых фаз (цементита или графита). Из рисунка 1.3 видно, что при охлаждении сплава I ниже температуры точки 7 из феррита выделяются кристаллы цементита третичного. В сплаве VI в интервале температур 3-4 из аустенита выделяется цементит вторичный. При нагревании высокоуглеродистые фазы (в сплавах I и VI это цементит) растворяются в феррите или в аустените.

Зарождение и рост кристаллов цементита в пересыщенных растворах происходит обычно с большей скоростью, чем образование графита, и поэтому железоуглеродистые сплавы часто метастабильны. В зависимости от переохлажденияцементит, выделяющийся из твёрдого раствора, может иметь вид равноосных кристаллов, пограничной сетки, пластин и игл.

При высокотемпературных выдержках кристаллы цементита сфероидизируются; может происходить и процесс коалесценции. Если сплавы, содержащие цементит, длительно выдерживать при повышенных температурах, происходит графитизация – зарождается и растет графит, а цементит растворяется. Этот процесс используется при производстве изделий из графитизированной стали и ковкого чугуна.

Распад аустенита при охлаждении

Важную роль при формировании структуры в твердом состоянии играет эвтектоидный распад аустенита на феррит и высокоуглеродистую фазу. При очень малых переохлаждениях образуются феррит и графит, при небольшом увеличении переохлаждения – феррит и сфероидизированный цементит, затем смесь феррита и цементита приобретает пластинчатое строение перлита, тем более тонкое, чем больше переохлаждение. При переохлаждениях, измеряемых сотнями градусов, эвтектоидный распад подавляется, и аустенит превращается в мартенсит.

Из рис. 1.3 и 1.4 видно, что при медленном охлаждении сплавы, содержащие более 0,02% С при температуре 727 °С испытывают эвтектоидное превращение аустенита в фазовую смесь феррита и цементита (перлит). На кривых охлаждения появляется горизонтальная площадка.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с методическим пособием. Вычертить диаграмму «железо – цементит», подписать все точки, линии, поля диаграммы. Ответить на контрольные вопросы. Построить кривую охлаждения для сплава из жидкого состояния до комнатной температуры. Объяснить, какие фазовые и структурные превращения испытывает сплав при охлаждении. Концентрация углерода выбирается согласно своему варианту из таблицы 1.1 или задается преподавателем.

Таблица 1.1

Варианты индивидуальных заданий

Номер варианта	Содержание углерода, %	Номер варианта	Содержание углерода, %
	0,05		1,60
	0,12		2,30
	0,16		2,50
	0,20		2,80
	0,35		3,00
	0,40		3,50
	0,50		3,80
	0,60		4,20
	0,80		4,50
	1,00		5,00
	1,20		5,50
	1,40		6,0

Контрольные вопросы

1.

Какие диаграммы стабильного и метастабильного равновесия вы знаете? Почему они так называются?

2. Что называется фазой? Какие фазы существуют в сплавах железа с углеродом в случае стабильного равновесия? Охарактеризуйте каждую из кристаллических фаз.

3. Какие точки на диаграмме показывают температуры полиморфных превращений в железе?

4. Назовите точки диаграммы, отвечающие предельным содержаниям углерода в твердых растворах.

5. Что показывают линии ликвидус и солидус?

6. Перечислите изотермические превращения в системе «Fe – Fe₃C».

7. Какое влияние оказывает скорость охлаждения на формирование структуры сплавов?

Лабораторная работа 2

Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей и чугунов

Цель работы: изучить равновесную структуру углеродистых сталей и чугунов, научиться определять содержание углерода в сталях по микроструктуре, установить взаимосвязь между структурой, свойствами, применением сталей и чугунов.

Сплав железа с углеродом менее 2,14% называется сталью. Кроме железа и углерода сталь содержит технологические добавки – кремний и марганец, вводимые при выплавке для раскисления, то есть для удаления вредных оксидов, особенно FeО. В процессе выплавки, несмотря на различные технологические приемы, в сталях остаются вредные примеси – фосфор и сера.