Эвтектоидное превращение

Эвтектоидное превращение: баланс углерода и доли фаз

Эвтектоидная реакция происходит в твёрдом состоянии: один исходный твёрдый раствор распадается на две твёрдые фазы. В метастабильной системе железо–цементит её записывают γ → α + Fe3C. Исходная γ-фаза — аустенит; продукты — феррит и цементит. При обычном совместном росте продуктов формируется перлит, который является структурной составляющей, а не дополнительной фазой диаграммы.

Для учебного расчёта часто принимают эвтектоидный состав около 0,76–0,80 массового процента углерода и температуру около 727 °C. Координаты зависят от выбранного описания диаграммы; в легированной стали они изменяются. Здесь используется единый условный набор: Cγ = 0,76 %, Cα = 0,022 %, Cθ = 6,67 %. Все значения относятся к массовой концентрации, а не к атомной доле.

Что происходит при диффузионном распаде

Феррит способен растворить значительно меньше углерода, чем исходный аустенит. Углерод перераспределяется к областям, где растёт цементит. Совместный рост обеспечивает превращение исходного объёма без изменения среднего содержания углерода, если участок рассматривается как замкнутый по веществу. Температура и время определяют возможность диффузии и морфологию; диаграмма равновесия сама по себе не сообщает продолжительность превращения.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Расчёт для 100 кг аустенита

Материальный баланс имеет вид wα + wθ = 1; Cγ = wα·Cα + wθ·Cθ. Отсюда wθ = (Cγ − Cα)/(Cθ − Cα) = (0,76 − 0,022)/(6,67 − 0,022) = 0,111011. Получаем 11,1011 % цементита и 88,8989 % феррита. Для 100 кг продукта массы равны 11,1011 и 88,8989 кг соответственно.

Независимая проверка проводится по массе углерода: mC,α = 88,8989·0,022/100 = 0,019558 кг; mC,θ = 11,1011·6,67/100 = 0,740442 кг. Сумма 0,760000 кг соответствует исходным 100·0,76/100. Хотя феррит преобладает по массе, основная часть углерода находится в цементите. Это различие важно при обсуждении распределения элементов и при проверке расчётной таблицы.

Доли фаз и доля перлита — разные результаты

Если весь исходный аустенит эвтектоидного состава превратился в перлит, доля перлита в рассматриваемом продукте составляет 100 %. Значение 11,10 % означает долю цементита внутри этой смеси. Оно не означает, что сталь содержит только 11,10 % перлита. В доэвтектоидной стали дополнительно имеется доэвтектоидный феррит; в заэвтектоидной — доэвтектоидный цементит. Их необходимо учитывать отдельным балансом.

Массовые доли нельзя без оговорки переносить на площади изображения. Площадь статистически представительных случайных сечений оценивает объёмную долю; переход к массовой требует плотностей фаз. Также принятый Cα относится к температуре реакции: при дальнейшем охлаждении растворимость меняется. Пример не претендует на точный комнатно-температурный фазовый анализ.

Для практического заключения проверяют химический состав, предшествующую аустенитизацию, наличие обезуглероженного слоя и полноту превращения. Закалка может подавить перлитный распад; карбиды легирующих элементов нарушают бинарное приближение. Поэтому баланс полезен для проверки идеализированной схемы и числовой согласованности, но не заменяет металлографию, дифракцию и испытания свойств конкретной детали.

Источники и область использования

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →