Первичная и вторичная кристаллизация стали

При изучении превращений в железо-углеродистых сплавах в процессе медленного охлаждения и их микроструктуры в равновес­ном состоянии пользуются диаграммой состояния "железо-цементит" (рис.2), основы для разработки которой были впервые даны Д.К.Черновым в 1886 г.

Диаграмма состояния ''железо-цементит", как и другие диаг­раммы состояния для двухкомпонентных систем, построена в коор­динатах "температура-концентрация углерода в %”. Максимальная концентрация углерода на диаграмме состояния составляет 6,67 %, что соответствует 100% цементита.

Первичная кристаллизация - это переход металла из жидкого состояния в твердое, т.е. процесс образования твердых кристал­лов непосредственно из жидкого расплава.

Для углеродистых сталей этот процесс начинается при охлаж­дении, когда температура достигает значений, соответствующих линии АВС, и заканчивается на линии HJE. После окончания первичной кристаллизации и достижения температуры, соответствующей линии HJE, сталь, независимо от содержания в ней углерода, имеет полиэдрическую структуру аустенита, который при дальнейшем медленном охлаждении сохраняется до линии GS — в доэвтектоидных сталях и до линии SE - в заэвтектоидных.

В отличие от первичной кристаллизации процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы носит название вторичной кристаллизации.

Сущность вторичной кристаллизации для углеродистых сталей состоит в распаде аустенита при охлаждении стали и образовании новых фаз: феррита и цементита.

Вторичная кристаллизация в доэвтектоидных сталях начинает­ся

выделением феррита при достижении уровня температур при ох­лаждении, соответствующих линии GS. Из диаграммы состояния видно, что

температура начала вторичной кристаллизации не пос­тоянна. В доэвтектоидных сталях она понижается с увеличением содержания углерода.

В областиGSP структура состоит из двух фаз: ауcтенита и феррита. По мере охлаждения отлинии GS к линии PS количество феррита постепенно увеличивается, а количество аустенита уменьшается; при этом в оставшемся аустените концен­трация углерода увеличивается по линии GS в направлении к точке S и достигнет 0,8 % при 727°С (линия PS).

При охлаждении заэвтектоидных сталей из аустенита по линии ES начинает выделяться вторичный цементит. При дальнейшем охлаждении между линиями ES и SK структура стали состоит из аустенита и вторичного цементита, количество которого непре­рывно возрастает. Охлаждаясь, аустенит обедняется углеродом и достигает эвтектоидного состава (0,8 %С) при температуре 727° С (линия SK).

Таким образом в доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоид­ных сталях при температуре 727°С аустенит содержит 0,8 %С и рас­падается при постоянной температуре на две фазы: феррит и цемен­тит:

А_0,8%С ® (Ф_0,02%С + Ц_6,67%С),

а структура образующейся механической смеси называется перлитом.