Построение кривых охлаждения заданных сплавов

Используя диаграмму состояния можно построить схемати­ческую кривую охлаждения сплава любой концентрации, которая отобразит характер кривой охлаждения, полученной экспе­риментально.

Для построения кривой охлаждения на оси концентрации диаграммы состояния находим точку, соответствующую составу выб­ранного сплава, например 1,2 % углерода, и прово­дим вертикальную линию (рис. 4.2) .

В местах ее пересечения с линиями диаграммы отмечаем критические точки 1, 2, 3 и 4, температуры которых сносим на координатную систему «температура—время». При построении схематической кривой следует учитывать, что при наличии в системе процес­сов, сопровождающихся выделением тепла, температура по­нижается медленнее при одновариантном равновесии или будет температурная остановка при безвариантном состоя­нии. Температура понижается быстрее, если в системе не происходит процесс с выделением тепла. Скорости охлаждения характеризуются углами наклона отдельных участков кривой охлаждения.

%С

t,оC

1,2%

С = 1; охлаждение П + ЦII

С4 = 0;

С3-4 = 1;

С = 2; охлаждение жидкой фазы Ж

4 4/

С2-3 = 2; охлаждение аустенита А

t,оC

мин

С1-2 = 1;

Рис. 4.2. Построение схемати­ческой кривой охлаждения сплава с

содержанием 1,2% углерода по диаграмме состояния Fe-Fe₃C

В нашем примере охлаждение жидкого сплава происходит быстро, в процессе кристаллизации будет за­медление охлаждения, т. к. тепло кристаллизации в течение длительного времени частично компенсирует теплоотдачу в окружающую среду. После окончания кристаллизации ско­рость охлаждения увеличивается, температура снова будет понижаться быстро. При выделении второй фазы из твер­дого раствора охлаждение вновь замедляется. При эвтектиче­ском или эвтектоидном превращениях в двухкомпонентной системе происходят температурные остановки.

Правильность построения кривой охлаждения проверяется определением вариантности системы по правилу фаз. Для рассмотренного выше заэвтектоидного сплава, содержащего 1,2% С, превращения, происходящие при охлаждении, можно записать так (рис. 4.2):

- до точки 1 – охлаждение жидкой фазы Ж, С = 2;

- от точки 1 до точки 2: превращение , две фазы; число степеней свободы С_1-2 = 1, идет процесс кристаллизации с понижением температуры;

- от точки 2 до точки 3 фазовых превращений нет, идет охлаждение аустенита А, фаза одна, число степеней свободы С_2-3 = 2;

- от точки 3 до точки 4: превращение две фазы, число степеней свободы С_3-4 = 1;

- в точке 4: эвтектоидное превращение три фазы; число степеней свободы С₄ = 0. Так как система безвариантна, кристаллизация перлита происходит при постоянной температуре.

Структура сплава при температурах ниже точки 4 будет состоять из перлита и цементита вторичного П+Ц_II , две фазы, число степеней свободы С = 1.