ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Эвтектическая кристаллизация белого чугуна из "Строение чугуна " Выделение обеих твердых фаз приводит к возникновению в расплаве химической неоднородности. На фронте кристаллизации цементита жидкость обедняется углеродом и обогащается им у поверхности аустенита. Диффузионное перераспределение углерода поддерживает жидкость около аустенита в состоянии пересыщения железом, а около цементита — в состоянии пересыщения углеродом, и кристаллизация обеих фаз продолжается до исчезновения жидкости. [c.74] Строение и дифференцировка ледебурита, как и графито-аустенитной эвтектики, зависят от степени переохлаждения расплава. [c.75] В большом интервале перео.хлаждений образуется ледебурит сотового строения. Колония сотового ледебурита представляет собой цементитную пластинку, проросшую аустенитом. Длина и ширина колонии обычно значительно превышает ее толщину. По данным рентгеновских исследований, базисом колонии является плоскость (001) цб1ментитной пластины [61]. Ряды аусте-нитных стержней пронизывают цементитную матрицу в направлении [001], придавая колонии вид пчелиных сот. [c.75] инициирующей формирование ледебурита, является цементит. Об этом свидетельствует уже тот факт, что в доэвтектических чугунах структурная связь между первичными кристаллами аустенита и эвтектикой не обнаруживается. В заэвтектических же чугунах матрица колонии обычно является продолжением пластины первичного цементита. [c.75] Базовые пластинки цементита в колониях эвтектического чугуна невелики и микроскопический анализ начальных этапов формирования этих колоний затруднителен. Роль карбидной фазы в генезисе ледебурита хорошо выявляется при исследовании заэвтектического чугуна. Этому способствует склонность заэвтектического чугуна к хрупкому разрушению. Трещины деформируемого образца большей частью проходят по плоскости (001) пластин первичного цементита. Многократная переполи-ровка раскола вскрывает основание колонии и ее продольные разрезы. Такой метод наблюдедния за изменением строения колонии позволяет представить последовательные этапы ее формирования. [c.75] Рассмотрим механизм образования ледебурита в микрообъеме сплава состава X (см. рис. 31). Рост пластины первичного цементита продолжается и при переохлаждении ниже эвтектической линии ЕСР. Жидкость у поверхности пластины обогащается железом до состава Хв. Создаются благоприятные условия для образования аустенита, с появлением которого начинается эвтектический распад Ж- Ц + А. Зарождаясь на поверхности цементитной пластины, аустенит растет в виде снльно разветвленного плоского дендрита в тонком слое жидкости, омывающей пластину (рис. 36, а белые пятна— остатки не удаленного при полировке цементитного основания колонии). [c.76] По мере роста плоского аустенитного дендрита близлежащая жидкость обогащается углеродом. Между ветвями прорастает цемснтитная пластина, образуя систему прожилок. От них ответвляются пачки цементитных блоков, растущих по поверхности аустенита в направлении [010] базовой цементитной пластины (рис. 36, б). Зарождаясь от одних прожилок и пересекая другие, пачки цементитных блоков создают каркас, в каналах которого растет эвтектический аустенит, ответвляющийся от плоского дендрита (рис. 36, в). [c.77] Продольные сечения колонии можно дополнить поперечным разрезом (рис. 36, г). Здесь стадии формирования колонии видны на участках, последовательно располагающихся от кромки к центру поверхности базовой цементитной пластины (справа налево). [c.77] Вначале колония не имеет регулярной сотовой структуры. Часто между цементитными блоками растут пластинчатые ответвления аустенита. Но постепенно они разделяются на стержни. Механизм этого перехода связан с накоплением перед фронтом эвтектической кристаллизации примесей. Создающееся концентрационное переохлаждение благоприятствует росту выступов. Однако из-за анизотропного строения цементита разветвление его в направлении [001] маловероятно. Аустенит же как фаза с высокосимметричной структурой может разветвляться перпендикулярно основанию колонии. Рост аустенитных выступов приводит к обогащению разделяющей их жидкости углеродом. Благодаря этому в промежутках между выступами прорастает цементит и аустенитная пластина оказывается расчлененной. [c.77] Ведущая фаза при образовании ледебурита — цементит. Это обнаруживается непосредственно при микроанализе продольного роста колонии (рис. 38, г) в направлениях [100] и [010]. Поперечный рост в направлении [001] также ведет цементит. Одна,ко фронт поперечного роста настолько ровен, что выявить ведущую фазу можно лишь учитывая тонкие морфологические детали колонии, выросшей при резкой смене скоростей охлаждения (см., рис. 38,г). Как видно из. рисунка, торцы толстых аустенитных стержией при резком ускорении охлаждения перекрываются цементитными пластинками, обозначающими положение фронта кристаллизации аустенита (уровень L на рис. 38). Разветвление же аустенита оконтуривает цементные промежутки, позволяя выявить их опережающее положение (уровень М на рис. Зв). [c.79] Ведущая роль цементита проявляется и в том, что вид ледебуритной колонии повторяет форму кристалла первичного цементита. [c.79] Размеры первой пластинки цементита невелики. В процессе ее роста прилегающая жидкость обедняется углеродом, и вскоре на поверхности цементита зарождается и растет плоский дендрит аустенита. Жидкая фаза около него обогащается углеродом, н формируется новый цементитный слой, берущий начало от цементитных прожилок, расположенных между ветвями. Вскоре он снова покрывается аустенитом, прививаемым нижележащими участками. В многократном повторении этого процесса заключается формирование пластинчатого пакета, разрастающегося с большой скоростью в продольном направлении, т. е.в плоскости (001). [c.83] Изменение строения колонии в ходе ее образования следует связывать с изменением условий роста кристалла ведущей фазы. При значительном пересыщении жидкости углеродом ответвления цементита растут в виде сплошных пластин. Образование же пачек цементитных блоков происходит при меньшем диффузионном напоре углерода. В доэвтектических чугунах рост первичного аустенита (в том числе дорастание кристаллов при переохлаждении ниже солидуса) создает дополнительный резерв углерода, способствующий образованию пластинчатой структуры на начальной стадии роста колонии. По мере увеличения степени эвтектичности доля пластинчатого ледебурита в колониях уменьшается. В заэвтектических чугунах в связи с ростом пластин первичного цементита (и дорастанием их при переохлаждении ниже солидуса) условия для формирования пластинчатой структуры обычно не создаются. [c.83] До сих пор мы рассматривали эвтектическую кристаллизацию белого чугуна, происходящую путем совместного роста кристаллов пементита и аустенита. Возможен и их раздельный рост (рис. 41). [c.84] Этот вывод обычно учитывается при характеристике влияния переохлаждения на эвтектическое превращение в металлических сплавах. Предполагается, чго возникающие при малых переохлаждениях кристаллы немногочисленны, линейная скорость их роста мала. Диффузионные процессы, выравнивая состав жидкости, предотвращают зарождение одной фазы на поверхности другой. Образуется конгломерат кристаллов двух фаз, выросших без образования колоний. С увеличением же переохлаждения наблюдается совместный (кооперативный) рост кристаллов эвтектических фаз в виде колоний. [c.85] Экспериментальные попытки вызвать раздельную кристаллизацию в чистых металлических сплавах эвтектического состава путем регулирования степени переохлаждения (скорости охлаждения) жидкости наталкиваются на трудности. Так, з опытах по изотермической кристаллизации относительно чистых хромистых чугунов (хром вводили для предотвращения образования графита) структуру грубого конгломерата не удалось получить и при самых малых переохлаждениях, когда полз-ление первых кристаллов в жидкости наблюдалось лишь после получасовой выдержки. [c.85] При объяснении этого факта следует учитывать описанный выше механизм формирования эвтектических колоний. В основе его лежит зарождение кристалла ведомой фазы на кристалле ведущей фазы и дальнейший совместный рост их ответвлений. Начальный контакт двух кристаллов является непременным условием образования колонии, важность его неоднократно подчеркивалась в работах А. А. Бочвара. Одним из факторов, способствующих возникновению контакта, является подкладочное влияние кристаллов. Из-за сложной структуры кристаллических фаз это влияние слабо выражено в органических и минералогических системах, где чаще всего наблюдаются конгломератные структуры. [c.85] Вернуться к основной статье