Превращения в твердом состоянии.

Чтобы лучше понять условия образования структур железоуглеродистых сплавов, которые происходят в твердом состоянии, рассмотрим процессы вторичной кристаллизации, пользуясь левой нижней частью диаграммы (Рис.38.).

Рис.38. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (левая нижняя (стальная) часть)

Вторичная кристаллизация в сплавах железо – углерод связана с переходом при охлаждении - железа в - железо и соответствующим распадом аустенита. Линия GS на диаграмме состояния соответствует началу распада аустенита с выделением из него феррита. Принято критические точки, образующие линию GS, обозначать при нагреве А_c3 , а при охлаждении А_r3. линия ES указывает на уменьшение предела растворимости углерода в - железе с понижением температуры – следовательно, она соответствует началу распада аустенита с выделением из него избыточного углерода в виде цементита. Температурные точки образующие линию ES, принято обозначать A_cm. Точка S, соответствующая 0,83%С, показывает минимальную температуру равновесного существования аустенита. После понижения температуры до точки S происходит окончательный распад аустенита с одновременным выделением из него феррита и цементита, образующих эвтектоидную смесь перлит. Для всех сплавов железо – углерод распад аустенита с образованием перлита соответствует точкам линии PSK точки, соответствующие этой температуре, при охлаждении обозначают A_{r1 ,} а при нагреве A_c1.

Проследим за процессом вторичной кристаллизации доэвтектоидной стали марки Ст.3 содержащей около 0,3% С. Допустим сталь нагрета до 1000º (точка 1 на диаграмме). При этой температуре структура стали состоит из твердого раствора – аустенита. Когда температура понизится до 830º (точка А_с3 на диаграмме), начинается процесс превращения - железа в - железо и образование феррита. Таким образом, сталь при температуре ниже линии GS будет иметь двухфазную структуру – аустенит и феррит. При дальнейшем понижении температуры концентрация углерода в аустените будет возрастать и после температуры линии PSK составит 0,83% (точка S). Аустенит, получив эвтектоидную концентрацию, распадается при постоянной температуре с образованием перлита. Таким образом, доэвтектоидные стали после окончательного охлаждения будут состоять из перлита и феррита.

По диаграмме легко определить процентное содержание углерода в зернах аустенита при любой температуре между точками А_с3 и А_с1. Допустим, что необходимо узнать, каково содержание углерода в зернах аустенита при температуре 750º (точка 2 на диаграмме). Для этого проводим линию 2-3 до пересечения с линией GS в точке 3. Спроектировав точку 3 на горизонтальную ось диаграммы, определим, что в зернах аустенита при 750º содержится 0,71% углерода.

При охлаждении заэвтектоидных сталей происходят другие процессы. Линия ES характеризует изменение растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Выше линии ES существует только аустенит. При понижении температуры до линии ES аустенит оказывается насыщенным углеродом, который при дальнейшем охлаждении выделяется в виде цементита. Образующийся в данном случае цементит в отличие от цементита, который выделяется из жидкого сплава, называется цементитом вторичным. Следовательно, при температурах ниже линии ES будем иметь структуру: аустенит и вторичный цементит. При выделении цементита аустенит обедняется углеродом. При 727º концентрация углерода в аустените составляет 0,83% и при этой постоянной температуре он распадается на феррито-цементитную смесь - перлит. Таким образом, заэвтектоидные стали после окончательного охлаждения будут иметь структуру, состоящую из перлита и избыточного (вторичного) цементита.