Вопрос 2. Начертите в масштабе упрощенную диаграмму состояния «железо-цементит» и укажите во всех областях диаграммы структуры, получающиеся при медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов. Пользуясь этой диаграммой, поясните в самой краткой форме структурные превращения, происходящие в белом чугуне, содержащем 3,5% углерода, при медленном его нагревании от комнатной температуры до 1250°С. Определите температуры начала и конца вторичной кристаллизации для этого чугуна при его охлаждении.

На рис. 1 приведена упрощённая диаграмма состояния системы железо—цементит. Наибольшее количество углерода по диаграмме 6,67% соответствует содержанию углерода в химическом соединении — цементите.

Превращение из жидкого состояния в твердое (первичная кристаллизация). Линия ACD является линией ликвидуса, а линия AECF — линией солидуса.

Выше линии ACD сплавы системы находятся в жидком состоянии (Ж). По линии АС из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы твердого раствора углерода в g-железе, называемого аустенитом (А), в области АСЕ будет находиться смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и аустенита (А). По линии CD из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита (Ц); в области диаграммы CFD находится смесь двух фаз — жидкого раствора (Ж) и цементита (Ц). В точке С при содержании 4,3% С и температуре 1130°С происходит одновременно кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь — эвтектика, называемая в этой системе ледебуритом. Ледебурит (эвтектика) присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67% углерода. Эти сплавы относятся к группе чугуна.

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%). Сплавы, лежащие левее этой точки, после полного затвердевания представляют один аустенит. Эти сплавы относятся к группе стали.

Превращения в твердом состоянии (вторичная кристаллизация). Линии GSE, PSK и GPQ показывают, что в системе сплавов в твердом состоянии происходят изменения структуры.

Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной модификации в другую, а также в связи с изменением растворимости углерода в железе.

При нагреве до А_С1 (723°С) [1] (см. рис. 2, штриховая линия) превращений нет и чугун имеет структуру: ледебурит + перлит + вторичный цементит. При этом эвтектика состоит из цементита и перлита. При А_С1 происходит превращение перлита в аустенит. Это превращение претерпевает как свободный перлит, так и перлит, входящий в эвтектику. Выше А_С1 чугун состоит из аустенита, вторичного цементита и ледебурита. При этом эвтектика состоит из цементита и аустенита.

От А_С1 до 1130°С [2] происходит растворение вторичного цементита в аустените и аустенит насыщается углеродом до 2,14%.

При 1130°С плавится ледебурит. Выше 1130°С чугун состоит из аустенита и жидкого сплава. От 1130°С до 1230°С плавится аустенит. Выше 1230°С чугун находится полностью в жидком состоянии.

При охлаждении до 1230°С чугун находится в жидком состоянии. При 1230°С начинается кристаллизация аустенита. От 1230°С до 1130°С происходит кристаллизация аустенита и при 1130°С чугун состоит из аустенита с содержанием 2,14% углерода и жидкого сплава эвтектического состава (4,3% углерода).

При 1130°С происходит эвтектическая кристаллизация и образуется ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием углерода 2,14%. От 1130°С до А_r1 (723°С) из аустенита, как свободного, так и входящего в ледебурит, выделяется вторичный цементит и содержание углерода понижается до 0,8%. Следовательно, в этом интервале температур чугун состоит из ледебурита, аустенита и вторичного цементита. При А_r1 (723°С) происходит превращение аустенита в перлит.

Ниже А_r1 чугун состоит из ледебурита, перлита и вторичного цементита.

Процесс выделения вторичных кристаллов из твёрдой фазы носит название вторичной кристаллизации.

Температура начала вторичной кристаллизации — 1130°С.

Температура конца вторичной кристаллизации — 723°С.