Кристаллизационные процессы формирования отливок, страница 13

Таким образом, двойная диаграмма железо – углерод, изображенная на рис. 71 дает возможность оценить структуру чугуна, содержащего в своем составе кремний, марганец и другие элементы. По этой диаграмме состояния эвтектический состав чугуна соответствует содержанию углерода ~ 4,3 %. Но с учетом коэффициентов приведения чугун, содержащий в своем составе 3,0 % С + 1,7 % Si + 0,7 % Mn + 0,2 % S будет отвечать условному содержанию углерода: 3,0 % С + 1,7 % С – 0,14 % С – 0,4 % С = 4,16 %, т.е. близким к эвтектическому составу. Аналогичные коэффициенты приведения имеются для сложнолегированных сплавов систем: Al-Si, Cu-Zn и других.

Приведенная на рис. 71 двойная диаграмма состояния Fe-C по сплошным линиям представляет равновесную систему, когда в полной мере протекают процессы разделительной и выравнивающей диффузии. И в окончательной структуре чугуна при очень медленном охлаждении отливок будет присутствовать графит и феррит (a + г). В реальных условиях литья диффузионные процессы не протекают полностью и в зависимости от скорости охлаждения в структуре чугуна графит может полностью отсутствовать (a + Fe₃C) – белый чугун; графит может присутствовать в разной геометрической форме, а металлическая основа варьируется от перлито-цементитной (П + Ц), до перлитной (П), перлито-ферритной (П + Ф).

Пунктирные линии диаграммы Fe-C отражают структурные составляющие, относящиеся к метастабильной (цементитной) системе, определяющей структуру чугуна при большой скорости охлаждения (a + Fe₃C).

Левая часть диаграммы состояния (рис. 71) относится к характеристике структурных составляющих сталей. Равновесная структура сталей характеризуется следующими составляющими: ферритная – при очень низком содержании углерода ~ до 0,1 %; феррито-перлитная – до 0,85 % С, перлитная – ~ 0,85 % (перлит, представляет собой эвтектоид, представляющий смесь феррита и цементита), перлито-цементитная при содержании углерода более 0,85 %. В отливках представленные структурные составляющие в зависимости от скорости охлаждения могут варьироваться, а в марганцовистых сталях (марганец замедляет разделительную диффузию) при больших скоростях охлаждения перлитное превращение не протекает и структуре сталей преобладает аустенит (g-фаза).

Весьма показательной является разница в структурах литой (метастабильная система) и отоженной (стабильная система) оловянной бронзы. Диаграмма состояния Cu-Sn изображена на рис. 72. Сплошные линии отображают структуру равновесной системы, а пунктирные относятся к метастабильной системе. Для бронзы Бр010, содержащей ~ 10 % Sn по равновесной диаграмме характерным должно быть наличие в структуре a + e (Cu₅Sn); однако в литом состоянии структура характеризуется a + d (Cu₃₁Sn₈), т.е. эвтектоидное превращение d ® e не успевает произойти.

В стабильное состояние структура сплава переходит при отжиге – режиме термической обработке, заключающемся в нагреве до температуры выше фазового перехода и с последующим медленным охлаждением обычно вместе с нагревательной печью – выравнивающая и разделительная диффузия протекает полностью, и в структуре бронзы будет a + e.

Аналогичное соотношение структур сплавов в литом состоянии оценивается и для других равновесных диаграмм состояния по степени их метастабильности.