Структура сталей в равновесном состоянии

Рассмотрим стальную часть диаграммы Fe-Fe₃C (рис. 6.7).

При 0,8% структура стали при комнатной температуре перлит-эвтектоид; такая сталь называется эвтектоидной. Стали, содержащие до 0,8% С называется эвтектоидной. Стали, содержащие до 0,8% С называются доэвтектоидными, а свыше 08% до 2,14% С – заэвтектоидными.

На примере конкретных сталей рассмотрим кристаллизацию каждой группы сталей. Проведем сечение 1, соответствующее эвтектоидной стали (рис. 6.7). Между точками 1 и 2 проводим коноду , концы которой показывают, что в точке «n» сплав состоит из аустенита (состава точки «а») и жидкости (состава точки «б»). Точка 1 – критическая, в которой начинается затвердевание сплава с образованием кристаллов аустенита. В помежуточной точке «n» количество незакристаллизовавшейся жидкости соответствует отрезку «an». При подходе к т.2 длина этого отрезка стремится к нулю. Таким образом, в т.2 процесс кристаллизации заканчивается. Следующая критическая точка – S. В этой точке при постоянной температуре 727⁰С аустенит превращается в перлит, который сохраняется до комнатной температуры (см. рис. 6.7, 6.8).

Рис. 6.7 Диаграмма Fe-Fe₃C

(заполнена стальная часть)

Рассмотрим кристаллизацию доэвтектоидной стали на примере стали 40, содержащей 0,4% С (сечение 2 на рис. 6.7). В т.3 начинается кристаллизация жидкого расплава с выделением кристаллов аустенита. В т.4 жидкость полностью закристаллизовывается в аустенит. Для определения структуры между т.5 и6 проводим коноду «mвг», концы которой указывают на феррит и аустенит. Значит, в т.5 аустенит начинает перекристаллизовываться в феррит и аустенит. Значит, в т.5 аустенит начинает перекристаллизовываться в феррит (происходит аллотропическое изменение кристаллической решетки: ). Феррит почти не растворяет углерод, значит, по мере выделения зерен феррита оставшийся аустенит обогащается углеродом, состав аустенита изменяется по кривой «5S». При подходе к т.6 количество оставшегося аустенита выражается отрезком «Р6», а состав его – т.S (т.е.аустенит содержит 0,8% С). В т.6 оставшийся аустенит с 0,8% С и температурой 727⁰С превращается в перлит. Структура ниже 727⁰С у доэвтектоидной стали Ф+П (рис. 6.8).

Рис. 6.8 Кривые охлаждения эвтектоидной (1), доэвтектоидной (2) и заэвтектоидной (3) сталей.

Кристаллизацию эвтектоидной стали из жидкого состояния рассмотрим на примере стали У12 (1,2% С) – см. рис. 6.7, 6.8. точка 7, лежащая на линии ликвидус, означает начало кристаллизации аустенита, а т.8 (на линии солидус) – конец затвердевания с образованием аустенита. В т.9, лежащей на линии ограничения растворимости углерода в аустените, из аустенита начинает выделяться углерод в виде Ц_П, при этом содержание углерода в аустените падает по кривой «9S». Оставшийся аустенит при t=727⁰С и содержании углерода 0,8% превращается в т.10 в перлит. Ниже точки 10 структура заэвтектодной стали П+Ц_П.