Эвтектика и ледебурит

Эвтектика и ледебурит: кристаллизация и дальнейшее охлаждение

Эвтектическая реакция отличается от эвтектоидной исходным состоянием вещества. При эвтектике жидкость образует две твёрдые фазы. В метастабильной системе Fe–Fe3C реакцию записывают L → γ + Fe3C: из расплава совместно растут аустенит и цементит. Полученная эвтектическая структурная составляющая называется ледебуритом. Она не является одной самостоятельной фазой.

В распространённом округлённом представлении температура реакции составляет около 1147 °C, содержание углерода в эвтектической жидкости — около 4,3 масс. %. Для точного расчёта выбирают согласованный набор координат из одного источника или термодинамической базы. В настоящем условном примере заданы CL = 4,30 %, Cγ = 2,11 % и Cθ = 6,67 % непосредственно у температуры реакции.

Состояние выше и ниже эвтектоидного интервала

Сразу после кристаллизации ледебурит содержит γ и Fe3C. При дальнейшем медленном охлаждении растворимость углерода в аустените снижается, поэтому выделяется дополнительный цементит. Затем оставшийся аустенит распадается. В обычной метастабильной схеме комнатно-температурный превращённый ледебурит описывают как цементит и перлит, причём перлит сам состоит из феррита и цементита. Формулировка «аустенит и цементит при комнатной температуре» без пояснения условий здесь неверна.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Условный баланс при кристаллизации

Для 100 кг полностью эвтектического расплава правило рычага даёт wθ = (CL − Cγ)/(Cθ − Cγ) = (4,30 − 2,11)/(6,67 − 2,11) = 0,480263. Поэтому сразу после завершения реакции образуется 48,0263 кг цементита и 51,9737 кг аустенита. Проверка углерода: 48,0263·6,67/100 + 51,9737·2,11/100 = 4,3000 кг. Обе массы положительны и в сумме дают исходные 100 кг.

Эти 48,03 % относятся к фазам у температуры эвтектики. Они не задают окончательную долю всего цементита после охлаждения. Для демонстрации изменения баланса примем ниже эвтектоидной температуры те же Cα = 0,022 % и Cθ = 6,67 %. Тогда суммарная условная доля цементита wθ = (4,30 − 0,022)/(6,67 − 0,022) = 0,643502, то есть 64,3502 %. Увеличение связано с выходом углерода из γ при последующих превращениях.

Границы переноса результата на чугун

Реальные чугуны содержат кремний и другие элементы. При графитизации углерод выделяется в виде графита, поэтому метастабильный баланс с единственным карбидом не описывает серый или высокопрочный чугун полностью. Выбор белого или графитного пути зависит от состава, охлаждения, зарождения и обработки расплава. Само содержание 4,3 % углерода не гарантирует определённую промышленную структуру.

Если состав не эвтектический, часть материала кристаллизуется раньше эвтектики: необходимо сначала вычислить количество первичной фазы и оставшейся жидкости. Доля ледебурита тогда отличается от доли цементита внутри него. Анализ литой детали дополнительно учитывает ликвацию, местную скорость охлаждения, толщину стенки и неоднородность по сечению. Представленные вычисления относятся к замкнутому бинарному участку, не задают технологию плавки и не являются прогнозом твёрдости, износостойкости или пригодности конкретной отливки.

Источники и область использования

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →