Линия GS диаграммы показывает для сталей, содержащих до 0,8 % углерода, температуры, при которых начи­нается превращение аустенита в феррит.

Процесс вторичной кристаллизации сталей рассмотрим на при­мере стали, содержащей 0,6 % углерода. Эта сталь будет сохра­нять первичную структуру аустенита до температуры 768 °С. При температуре 768 °С в стали начинается аллотропическое превра­щение, т. е. переход аустенита в феррит. Вследствие незначитель­ного содержания углерода в феррите оставшийся аустенит будет постепенно, по мере выделения феррита, обогащаться углеродом. Когда концентрация углерода в оставшемся аустените достигнет 0,8 %, то при температуре 727° С образуется перлит.

Таким образом, в интервале температур 768 — 727 °С сталь, содержащая 0,6 % углерода, будет состоять из феррита и аустенита, а при температурах ниже 727 °С — из феррита и перлита. Эта структура сохраняется без значительных изменений и при даль­нейшем охлаждении вплоть до комнатной температуры.

Подобные превращения происходят у всех сталей, содержащих углерода менее 0,8 %, с некоторой разницей в температурах начала превращения аустенита в феррит.

Если сталь содержит 0,8 % углерода, то вторичная кристалли­зация будет протекать при постоянной температуре 727 °С (и сопро­вождаться только одним процессом — образованием перлита). Это объясняется тем, что в данном случае содержание углерода в стали соответствует эвтектоидному составу.

Процесс вторичной кристаллизации стали, содержащей более 0,8 % углерода, представлен на диаграмме линиями ES и SK. Точка Е показывает максимальное количество углерода, которое растворено в аустените. Линия ES характеризует предельную раст­воримость углерода в аустените при различных температурах. Точка S показывает количество углерода, которое может быть растворено в аустените при температуре 727 °С. На линии SK, заканчивается вторичная кристаллизация сталей, содержащих более 0,8 % углерода, с образованием перлита (в результате распада аустенита).

На примере стали, содержащей 1,2 % углерода, рассмотрим более подробно процессы вторичной кристаллизации сталей этой группы.

Сталь с таким количеством углерода сохраняет первичную структуру аустенита при охлаждении до температуры 870° С. При более низкой температуре аустенит уже не способен растворить 1,2% углерода, поэтому при дальнейшем охлаждении сплава из кристаллической решетки аустенита будет выделяться избыточный углерод в виде цементита. Так как этот цементит выделяется в ре­зультате вторичной кристаллизации, то его называют вторичным цементитом и обозначают Fe₃C₂. Вследствие выделения цементита содержание углерода в остав­шемся аустените будет непрерывно понижаться и при температуре 727 °С достигнет 0,8 %. При этой температуре произойдет превра­щение аустенита в перлит. На этом заканчивается процесс вторичной кристаллизации. Таким образом, рассматриваемая сталь в интервале темпера­тур 870 — 727 °С имеет структуру аустенита и вторичного цемен­тита, а при температурах ниже 727 °С будет состоять из перлита и вторичного цементита.

Аналогичные превращения в твердом состоянии будут испытывать все стали, содержащие более 0,8 % углерода. Разница будет лишь в температурах начала выделения вторичного цементита.

Различают три группы сталей в зависимости от содержания углерода. Стали, содержащие менее 0,8 % углерода, называются доэвтектоидными, содержащие 0,8 % углерода- эвтектоидными, а свыше 0,8 % -заэвтектоидными.

Доэвтектоидные стали при комнатной температуре имеют структуру феррита и перлита. Чем больше в них углерода, тем больше будет перлита и меньше феррита. Эвтектоидная сталь состоит только из перлита. Заэвтектоидные стали имеют при комнатной температуре структуру перлита и цементита. С увеличением в этих сталях углерода растет количество цементита и уменьшается количество перлита.

Процессы вторичной кристаллизации белых чугунов. Первичная структура белых чугунов может состоять из леде­бурита, аустенита и первичного цементита. Так как ледебурит представляет механическую смесь аустенита и цеме нтита, то, по существу, структура белого чугуна состоит из аустенита и первичного цементита. Цементит не претерпевает струк­турных превращений в твердом состоянии, следовательно, вторич­ная кристаллизация чугуна связана только с превращениями, кото­рые происходят в аустените при его охлаждении.

Высокоуглеродистый аустенит при охлаждении претерпевает два превращения. Первое состоит в выделении избыточного углерода в виде вторичного цементита. Оно протекает в диапазоне темпера­тур 1130—727 °С. Второе превращение аустенита заключается в образовании при температуре 727 °С перлита.

Указанные превращения протекают и в аустените, входящем в состав ледебурита. Поэтому при температуре ниже 727 °С леде­бурит представляет собой механическую смесь перлита и цементита. Таким образом, при комнатной температуре белые чугуны имеют структуру, представленную на рис. 6.4, а, б, в.

В зависимости от содержания углерода белые чугуны делятся на три группы:

1) доэвтектоидные, расположенные на диаграмме (см. рис. 6.2) левее эвтектической точки С и содержащие от 2 до 4,3 % углерода; структура их состоит из перлита, ледебурита и небольшого количе­ства вторичного цементита (рис. 6.4, а);

2) эвтектические, содержащие 4,3 % углерода и имеющие структуру ледебурита (рис. 6.4, б);

3) заэвтектические чугуны, расположенные на диаграмме (см. рис. 6.2) правее эвтектической точки С; они содержат более 4,3 % углерода и состоят из ледебурита и первичного цементита (рис. 6.4,#).

Пользуясь диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов, следует иметь в виду три важных обстоятельства.

Рис. 6.4. Микроструктура белого чугуна

1. Рассмотренные структурные превращения, протекающие в процессе охлаждения железоуглеродистых сплавов, являются обра­тимыми, т. е. при нагревании сплава наблюдаются обратные явле­ния. Например, если при охлаждении аустенит переходит в перлит, то при нагревании перлит превращается в аустенит.

2. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов показы­вает те превращения, которые имеют место при довольно медленном охлаждении, когда успевают произойти все процессы. При быстром охлаждении сплава (например, при закалке) структурные превраще­ния будут иметь другой характер.

3. Данные диаграммы состояния относятся только к обычным углеродистым сталям. Для изучения стали, содержащей специаль­но введенные присадки, они применяться не могут.