Процессы первичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов

На диаграмме показано состояние Fe—Fe₃C при первичной и вторичной кристаллизации.. Эти процессы характеризуются кривыми ACD и AECF.

Кривая ACD — линия ликвидуса — отображает температуры, при которых начинается затвердевание железоуглеродистых спла­вов. Кривая AECF — линия солидуса — соответствует температурам, при которых кристаллизация заканчивается. Линия АЕ от­носится к сталям, а линия ECF — к белым чугунам. Точка А характеризует температуру плавления чистого железа (1539 °С), а точка D — температуру плавления цементита (1600 °С). Точка Е соответствует максимальному количеству углерода, которое мо­жет быть растворено в аустените при высоких температурах. Точка С указывает на состав эвтектики и соответствует содержанию в спла­ве 4,3 % углерода. Температура образования эвтектики 1147 °С. Линия ECF называется эвтектической, так как в любой ее точке происходит образование эвтектики (ледебурита).

При первичной кристаллизации, по линии АС из жид­кого сплава выделяются кристаллы твердого раствора углерода в γ-железе, т. е. аустенит. При содержании углерода в сплавах до 2,14% первичная кристалли­зация закончится образованием однородного по составу аусте­нита. Для сплавов с содержанием углерода от 2,14 до 4,3 % (до-эвтектические чугуны) первичная кристаллизация закончится об­разованием аустенита, при понижении температуры на линии ЕС образуются эвтектика, содержащая 4,3 % углерода, т. е. ледебу­рит, и вторичный цементит, который выделится из переохлаж­денного углеродом аустенита при температурах ниже 1147 °С — в процессе вторичной кристаллизации. В точке С при 1147 °С образуется эвтектика, содержащая 4,3 % углерода, т. е. леде­бурит.

На линии CF (заэвтектические чугуны) из жидкого сплава выделится тот компонент, который является избыточным по от­ношению к эвтектике, т. е. цементит (в эвтектике содержится 4,3% углерода, а в цементите — 6,67%). Так как цементит образуется при первичной кристаллизации, его называют пер­вичным. На линии CF возникнет эвтектика — ледебурит. Сле­довательно, в результате первичной кристаллизации заэвтек­тические чугуны будут состоять из первичного цементита и леде­бурита. Линия ECF (1147 °С) называется эвтектической, так как на ней образуется механическая смесь аустенита и цементита — ледебурита. Ледебурит имеет эвтектический состав, следователь­но, его кристаллизация протекает при постоянной температу­ре 1147 °С.

В результате первичной кристаллизации сталь получает струк­туру аустенита, характеризующуюся хорошей пластичностью и вязкостью. Поэтому такая сталь хорошо поддается обработ­ке давлением при высоких температурах. Белые чугуны состаят из хрупкого и твердого ледебурита. Эта разница в технологических свойствах желе­зоуглеродистых сплавов делает содержание углерода 2,14 % той границей между сталью и белыми чугунами, за которой при пер­вичной кристаллизации появляется ледебурит.