Кристалізація сірих чавунів та структурні зміни у твердому стані

Діаграма стану , що використовується для кристалізації сірих чавунів наведена на рис. 9.5.

На діаграмі стану позначенні фази: Ф - ферит; А-аустеніт; Ц- цементит; Г - графіт.

Кристалізація сірого чавуну на феритній основі евтектичного складу з змістом вуглецю 4,26% (перетин І - І).

При температурі що є вищою з лінію ліквідус, рідина недонасичена залізом (відрізок а-1) і вуглецем ( відрізок а -2). Згідно правилу відрізків Жа= 100% об’єма.

При охолодженні до t_С^І рідина стає насиченою і залізом (лини насичення ВС^І)і вуглецем ( лінія насичення С^ІД^І), але кристалізація не розпочнеться. Згідно правилу відрізків Ж_СІ= 100% об’єма.

Рис. 9.5 Ділянка діаграми стану залізовуглецевих сплавів, що характеризує кристалізацію сірих чавунів.

При незначному переохолодженні нижче температури 1152°С , але не досягаючи лінії ЕСF (температури 1145°С), рідка фаза пересичується одночасно й залізом і вуглецем. Таке подвійне пересичення є причинної кристалізації одночасно двох фаз. Вся рідина без залишку кристалізується з утворенням аустенито - графітної евтектики:

Ж _С^І→ А _Е^І+ Г (19)

де: А_Е^І – аустеніт, що містить 2,03% вуглецю;

Жс^І – рідина, вміст вуглецю в якій 4,26 %;

Г - графіт.

Згідно правилу відрізків А_Е’~С^ІF^І; Ц_6,67%~ Е^ІС^І

Дифузійний розподіл такого розчину на графіт і аустеніт становить сут-

ність евтектичного перетворення по стабільному варіанту, в результаті чого формується найважливіша структурна складова сірих чавунів - аустенитно-графітна евтектика.

Кристалізація в евтектичних чавунах іде шляхом зародження й росту бікристалітних двофазних утворень, що одержали у вітчизняній металографії найменування евтектичних колоній. Колонії зароджуються на кристалах лише однієї з евтектичних фаз. Ця фаза відіграє провідну роль при формуванні евтектики, закономірності її росту визначають вигляд і внутрішню будову колонії. Головна особливість евтектичної кристалізації - кооперативний ріст двох кристалів, що входять до складу колонії. Ефект парності приводить до сильного розгалуження евтектичних партнерів і утворенню тонкодиференціальної структури, що під мікроскопом часто помилково приймають за дрібнозернисту.

Морфологічний аналіз евтектик залізовуглецевих сплавів прекрасно ілюструє викладені подання; він послужив надійною експериментальною базою для подальшого розвитку теорії евтектичної кристалізації.

Аустеніто-графітна евтектика зароджується на графіті. Первісний ріст пластинчастого кристалика графіту, що виникає, очевидно, на базі гетерофазних комплексів вуглецю, приводить до пересичення навколишнього рідкого розчину залізом. Це сприяє зародженню на поверхні графіту другої фази евтектики - аустеніту. Виникає фронт двофазної кристалізації й починається стаціонарне розростання колонії аустеніто-графітної евтектики. У процесі цього росту кристал графіту радіально розгалужується й здобуває форму розетки, на відгалуженнях якої формується відома фаза - аустеніт (рис. 9.6).

Рис. 9.6 Колонія аустенітно-графітної евтектики

Механізм евтектичного розпаду рідкого розчину Ж→Г+А обумовлений хімічною неоднорідністю рідини, що омиває периметр двофазної колонії. Дренаж вуглецю (обумовлений неоднорідністю) до країв графітних відгалужень, забезпечує їхній подальший ріст; і навпаки, віддалена від країв рідина в міру зниження в ній вмісту вуглецю перетворюється в аустеніт.

При наступному повільному охолодженні в результаті зменшення розчинності вуглецю в аустеніті ( по лінії Е^ІS^І від 2,01% до 0,68%) з останнього буде виділятися високовуглецева фаза – графіт, що нашаровується на графіті, що виділився при евтектичній реакції. Таким чином, видимих структурних змін у сплаві не відбувається. При досягненні температури 738 °С ( лінія Р^ІS^ІК^І) аустеніт приймає склад евтектоїдного 0,68%С і стає одночасно насиченим і залізом і вуглецем. Кількісне співвідношення фаз і їхній хімічний склад змінюються за правилом відрізків. Згідно правилу відрізків t₆А_Е’~С^ІF^І; Г_100%~ Е^ІС^І

Уже при незначному переохолодженні нижче лінії Р^ІS^ІК^І( 738°С > t> 723°С ) відбудеться виділення високовуглецевої фази – графіту , що буде накристалізовуваться на вже наявних центрах кристалізації, і фази багатої залізом – фериту. У такий спосіб кристалізується сірий чавун на феритній основі ( Рис. 9.7). Кількісне співвідношення фаз і їхній хімічний склад змінюються за правилом відрізків. Згідно правилу відрізків при t₇Ф_р’~7К^І; Г_100%~ 7Р^І

Кристалізація сірого чавуну на перлітній основі евтектичного складу з змістом вуглецю 4,26% (перетин І - І).

Оскільки структура перліту утворюється з аустеніту при температурах що нижчі з за лінію РSК, то при охолодженні до температури t₆в сплаві проходять такі ж структурні перетворення як розглядалися раніш при кристалізації сірих чавунів на феритній основі. Кількісне співвідношення фаз і їхній хімічний склад змінюються за правилом відрізків. Згідно правилу відрізків t₆А_Е’~С^ІF^І; Г_100%~ Е^ІС^І.

При подальшому прискореному охолодженні до температур, що нижчі за лінію РSК, наприклад до t₈з кристалами графіту змін не відбудеться, а з аустеніту по причині його одночасного пересичення і вуглецем і залізом будіть виділятися одночасно кристали фериту і цементиту. В результаті евтектоїдної реакції (А→ Ф+Ц) утвориться структурна складова перлітного типу. Так формується структура сірих чавунів на перлітній основі(рис. 9.8).

Кристалізація сірого чавуну на ферито - перлітній основі евтектичного складу з змістом вуглецю 4,26% (перетин І - І).

Рис. 9.8 Мікроструктура сірого чавуну на перлітній основі (а- схематичне зображення - та б-фотографія, х200)

Кількісне співвідношення фаз і їхній хімічний склад змінюються за правилом відрізків. Згідно правилу відрізків t₆А_Е’~С^ІF^І; Г_100%~ Е^ІС^І.Уже при незначному переохолодженні нижче лінії Р^ІS^ІК^І( 738°С > t> 723°С ) відбудеться виділення високовуглецевої фази – графіту , що буде накристалізовуваться на вже наявних центрах кристалізації, і фази багатої залізом – фериту, у такий же спосіб як кристалізується сірий чавун на феритній основі. Першочергове виділення фериту буду відбуватися в мікрооб’ємах аустеніту, які містяться поряд з графітом, а об’єми , що віддалені від графітних включень будуть мати підвищений вміст вуглецю. При подальшому прискореному охолодженні до температур, що нижчі за лінію РSК, наприклад до t₈з кристалами графіту і фериту змін не відбудеться, а з аустеніту по причині його одночасного пересичення і вуглецем і залізом будіть виділятися одночасно кристали фериту і цементиту. В результаті евтектоїдної реакції (А→ Ф+Ц) утвориться структурна складова перлітного типу. Так формується структура сірих чавунів на ферито - перлітній основі (рис. 9.9)

Рис. 9.9 Схематичне зображення мікроструктура сірого чавуну на ферито - перлітній основі

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Фазові перетворення та формування структури білих чавунів під час охолодження з рідкого стану (первинна кристалізація)	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.