Превращения сплавов в твёрдом состоянии (вторичная кристаллизация)

прочная (!отличная!) структурная составляющая

Итог
Все сплавы (кроме технического железа) Fe-C после окончания вторичной кристаллизации имеют одинаковый фазовый состав – феррит+цементит, однако структуры у сплавов разные (по-разному смотрятся в микроскоп). Принято делить сплавы Fe-C следующим образом:
Сплавы Fe-C
стали
чугуны
техническое железо (Армко-железо)
Чугуны с такой структурой называются белыми (по цвету излома), из-за чрезвычайной хрупкости не имеют применения. Однако имеют превосходные литейные свойства.
Между сталями и чугунами «пропасть» по свойствам

техническое железо (0,01 % С), х450
доэвтектоидная сталь (0,3 % С), х450
эвтектоидная сталь (0,8 % С), х450
заэвтектоидная сталь (1,3 % С), х450
доэвтектический чугун (3,0 % С), х450
перлит
цементит вторичный
эвтектический чугун (4,3 % С), х450
заэвтектический чугун (5,0 % С), х450

Пример построения кривой охлаждения на сплаве 3,5 % С.

§ 4.2. Чугуны
В области «1» идёт образование цементита, т.к. в этой области работа, требуемая на образование зародыша Ц и диффузионные изменения меньше, чем Гр.
В области «2» идёт образование Гр, т.к. Гр – более устойчивая фаза по сравнению с Ц.
изменение свободной энергии системы
Графитизация

Образование Гр происходит в узком интервале температур, т.е. при малой степени переохлаждения. Этот процесс очень медленный, и на практике не наблюдается.
Вопрос: Как ? – Два способа.
добавление химических элементов (графитизаторов), способствующих образованию Гр и варьирование скорости охлаждения при кристаллизации;
распад цементита при достаточной диффузии углерода к центрам кристаллизации Гр и самодиффузии Fe от мест, где выделился Гр, осуществляемый в процессе отжига белого чугуна.

1-ый способ – введение графитизаторов при кристаллизации и регулирование скорости охлаждения
Графитизатором является кремний Si.
Вопрос - Сколько добавить кремния и как охладить? Ответ – посмотреть в структурную диаграмму для чугунов.
влияние Si
Для серых чугунов (названы так из-за цвета излома - тёмный) и для высокопрочных (т.к. имеют наибольшую прочность)

Графит в серых чугунах имеет пластинчатую форму.
внешний вид Гр в виде лепестков
микроструктура серого чугуна (без травления), х100
В микроструктуре помимо графитовых включений различать и металлическую матрицу (П или Ф+П, или Ф)
Маркировка (ГОСТ 1412-85)
СЧ10, СЧ15
СЧ20, СЧ25
СЧ30, СЧ45
Свойства серых чугунов зависят от: структуры металлической матрицы (чем больше Si в сером чугуне, тем
интенсивнее прошла графитизация, тем прочность меньше); и формы и размеров графитовых включений (чем больше Si, тем больше образуется пластинок Гр, играющих роль «надрезов» и ослабляющих металлическую матрицу).

микроструктуры серых чугунов, х250
перлитный
феррито-перлитный
ферритный
Серые чугуны используют для изготовления:
- ферритные и феррито-перлитные – фундаментные плиты, малонагруженные детали, станины станков, арматура);
- перлитные – поршни, цилиндры, детали, работающие на износ, блоки двигателей (только после модифицирования ферросилицием с 0,6 % [для уменьшения пластинок графита]);
- антифрикционные (АЧС: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3) – подшипников скольжения, втулок, работающих при трении.

решение проблемы № 1 – в жидкий расплав добавлять присадки Mg (0,03-0,08 %)
Под действием Mg графит приобретает шаровидную форму
шаровидный Гр
микроструктура высокопрочного чугуна (без травления), х250
Маркировка (ГОСТ 7293-85)
ВЧ40, ВЧ35
ВЧ45
ВЧ50, ВЧ60

микроструктуры высокопрочных чугунов, х150
ферритный
перлитный

решение проблемы № 2 - 2-ой способ – отжиг белого чугуна на ковкий.
В результате выдержек при отжиге Ц распадается на Гр
хлопьевидный Гр
микроструктура ковкого чугуна (без травления), х250
Маркировка (ГОСТ 7293-85)
КЧ35-10, КЧ37-12
КЧ45-7
КЧ50-5, КЧ70-2
заготовка из белого чугуна

микроструктуры ковких чугунов, х150
перлитный
ферритный

§ 4.3. Критические точки стали

Обозначения критических точек
Индексы при букве А: - c – от франз. chauffage – нагрев;
- r – от франз. refrodissement – охлаждение;
- cm - от латин. cementite – цементит.

§ 4.4. Превращения в стали при нагреве
? эвтектоидная сталь (0,8 % С)
при нагреве: - из двух фаз образуется одна
новая и изменяется тип КР
- перераспределяется углерод
Такое превращение называется диффузионным

Итог: во всех сталях при нагреве превращение заканчивается образованием одной фазы – аустенит, превращение –диффузионное и сопровождается измельчением зерна (!)
1 – природно крупнозернистые стали;
2 – природно мелкозернистые стали (имеют в своём составе специальные добавки [например, алюминий], которые задерживают рост зерна).
Крупное зерно отрицательно сказывается на ударной вязкости, повышает порог хладноломкости, склонность к закалочным трещинам и деформациям.

§ 4.5. Превращения в стали при охлаждении
* В зарубежной литературе диаграммы CCT - continuous cooling transformation.

2
Изучение возможных превращений в переохлаждённом аустените важно практически, т.к. эти превращения происходят при отжиге, закалке, изотермической закалке.
А сколько вариантов таких превращений?
От чего зависят варианты?
- от процессов диффузии
В зависимости от степени переохлаждения аустенита возможны три варианта его превращения:
- перлитное ;
- мартенситное;
- бейнитное (промежуточное);