Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
31
существования 8-железа, в связи с чем упрощен левый верхний угол диаграммы, и не указана различная растворимость углерода в а-железе — упрощен левый нижний угол диаграммы. Эти упрощения не имеют существенного значения для изучения процессов термической обработки железоуглеродистых сплавов.
Процессы первичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов. На диаграмме (см. рис. 35) изображены процессы первичной и вторичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов. Вначале рассмотрим процессы первичной кристаллизации. Для большей наглядности выделим отдельно часть диаграммы, охватывающую процессы первичной кристаллизации (рис. 36). Эти процессы на диаграмме характеризуются кривыми ACD и AECF. Линия ACD — это линия ликвидуса; она изображает температуры, при которых начинается затвердевание железоуглеродистых сплавов. Линия AECF — это линия солидуса; она соответствует температурам, при которых процесс кристаллизации заканчивается. Линия АЕ относится к стали, а линия ECF - к чугунам. Точка А показывает температуру плавления чистого железа, а точка D - температуру плавления цементита. Точка Е характеризует максимальное количество углерода, которое может быть растворено в железе при высоких температурах. Точка С показывает состав эвтектики; она соответствует содержанию в сплаве 4,3% углерода. Температура образования эвтектики 1130°. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой точке этой линии происходит образование эвтектики. Рассмотрение линий ликвидуса и солидуса позволяет сделать следующие выводы о процессах первичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов:
1) процесс кристаллизации любой стали, в отличие от чистого железа, протекает в интервале температур;
2) с повышением содержания в стали углерода температура начала и конца ее затвердевания понижается;
3) наиболее низкая температура конца кристаллизации стали 1130°;
4) все чугуны, кроме содержащего 4,3% углерода, также затвердевают в интервале температур;
5) температура конца затвердевания всех чугунов одинакова и равна 1130° (к концу процесса кристаллизации в чугуне всегда остается жидкий сплав эвтектического состава, содержащий 4,3% углерода).
По виду структур, образующихся при первичной кристаллизации, все железоуглеродистые сплавы, представленные на диаграмме, можно разбить на три группы (см. рис. 36). К группе I относятся все сплавы, содержащие не более 2% углерода, т. е. стали. В процессе их кристаллизации из жидкого сплава будут образовываться кристаллы твердого раствора углерода в у-железе, т. е. аустенит. Таким образом, все сплавы этой группы по окончании процесса затвердевания будут состоять из кристаллов аустенита. К сплавам группы II относятся белые чугуны, содержащие от 2 до 4,3% углерода. Эти сплавы могут образовывать эвтектику. Из предыдущего (гл. III) известно, что у таких сплавов в начале кристаллизации выделяется тот компонент, который находится в избытке к эвтектическому составу. У рассматриваемых чугунов в избытке к эвтектике будет железо. Следовательно, так же как и у стали, из жидкого сплава будут выделяться кристаллы аустенита. Разница состоит в том, что при температуре 1130° (в конце процесса кристаллизации чугуна) будет образовываться эвтектика — ледебурит. Таким образом, по окончании процесса кристаллизации структура сплавов группы II будет состоять из аустенита и ледебурита. Процесс кристаллизации
1535
4s
I изо
I
§•
5;
Железо А ,/
Цементит
Ш
D
Аустенит^ Аустенипн- \ Цементит *¦ I ледебурит I ледебурит
г,о 4,3 6,67
I Содержание углерода,8\
^ Стиль «-]-*-----Белые чугуны-----------
Рис. 36. Первичная кристаллизация железоуглеродистых сплавов.
32
сплавов группы III будет носить несколько иной характер. Так как все сплавы этой группы содержат более 4,3% углерода, то в избытке к эвтектическому составу будет углерод. Следовательно, процесс затвердевания сплавов группы III качнется с выделения в виде кристаллов цементита избыточного углерода. Когда в жидком сплаве останется 4,3% углерода, то затвердевание закончится образованием эвтектики — ледебурита. Все сплавы группы III по окончании процесса кристаллизации будут иметь структуру цементита и ледебурита. Если сплав содержит 4,3% углерода, т. е. имеет эвтектический состав, то его кристаллизация будет протекать при постоянной температуре. Структура такого сплава после затвердевания будет состоять из ледебурита, т. е. из механической смеси аустенита и цементита. Таким образом, в результате первичной кристаллизации сталь получает структуру аустенита, которая отличается хорошей пластичностью и вязкостью, поэтому сталь сравнительно легко подвергается обработке давлением при высоких температурах.
Все белые чугуны имеют в составе своей структуры в том или ином количестве хрупкий и твердый ледебурит. Это исключает возможность их обработки давлением. Такое коренное изменение технологических свойств сплавов в зависимости от содержания углерода -причина того, что именно 2% углерода является границей, которая делит железоуглеродистые сплавы на две группы - сталь и чугун. Процессы вторичной кристаллизации стали. Если бы железо не испытывало структурных превращений в твердом состоянии, то диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов сохраняла бы при всех температурах ниже 1130° (вплоть до комнатной температуры) вид, представленный на рис. 35. Однако, как известно, железо испытывает аллотропические превращения, поэтому железоуглеродистые сплавы не сохраняют своей первичной структуры.
