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 5,2% 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 + первичный цементит. При А_С1 (723°С) перлит, находящийся в эвтектике, превращается в аустенит. Выше А_С1 чугун имеет структуру - ледебурит и первичный цементит, но эвтектика состоит из цементита и аустенита. От А_С1 до 1130°С[2] происходит насыщение аустенита углеродом вследствие растворения вторичного цементита и при 1130°С в аустените содержится 2,14% углерода.

При 1130°С плавится эвтектика. Выше 1130°С чугун состоит из жидкого сплава и первичного цементита.

От 1130°С до »1310°С происходит плавление первичного цементита. Выше и чугун полностью находится в жидком состоянии.

При охлаждении до 1310°С чугун находится в жидком состоянии. При 1310°С начинается кристаллизация первичного цементита. От 1310°С до 1130°С происходит кристаллизация первичного цементита и чугун состоит из жидкого сплава и первичного цементита. При 1174°С чугун состоит из первичного цементита и жидкого сплава эвтектического состава, т. е. содержащего 4,3% углерода, который, кристаллизуясь при этой температуре, образует ледебурит, состоящий из цементита и аустенита с содержанием 2,14% углерода.

Ниже 1130°С превращение претерпевает только ледебурит, а первичный цементит не изменяется. От 1130°С до А_r1 (723°С) внутри ледебурита выделяется вторичный цементит и чугун состоит из ледебурита и первичного цементита.

При А_r1 (723°С) внутри эвтектики аустенит превращается в перлит. Ниже А_r1 (723°С) чугун состоит из ледебурита и первичного цементита.

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

Температура начала вторичной кристаллизации — 1130°С.

Температура конца вторичной кристаллизации — 723°С.