In functie de continutul de carbon, aliajele Fe-C se impart in:
- Fierul tehnic pur, care contine sub 0,0218%C;
- Otelurile, aliaje Fe-C care contin intre 0,0218 si 2,11%C. In functie de compozitie chimica si structura, se clasifica in: hipoeutectoide, intre 0,0218 si 0,77%C; eutectoide, cca 0,77%C; hipereutectoide, intre 0,77-2,11 %C;
- Fontele albe, aliaje Fe-C care contin intre 2,11 si 6,67%C. Se clasifica in: hipoeutectice, intre 2,11 si 4,3%C; eutectice, cca 4,3%C; hipereutectice, intre 4,3 si 6,67 %C.
In cele ce urmeaza, se vor analiza transformarile care au loc la cristalizarea primara si la recristalizarea a doua aliaje caracteristice.
Cristalizarea otelului hipoeutectoid cu 0,3%C (x).
Cristalizarea
primara a unui otel, care contine intre 0,17 si 0,53 %C
(fig. 9.6), incepe sub temperatura punctului lichidus T1, cand din
solutia lichida L suprasaturata in fier δ incep sa se
separe cristalite de ferita δ. In intervalul T1-T2,
ambele faze L si Fδ se imbogatesc in carbon. Solutia
lichida isi modifica compozitia de-a lungul curbei 
lichidus, de la
compozitia punctului 1 tinzand la compozitia punctului B: L1'→LB
Ferita δ isi modifica compozitia de-a lungul curbei
solidus, de la compozitia punctului 1' (dat de conoda 11') tinzand la
compozitia punctului H: Fδ1'→FδH.
La T2 (1495˚C), pe izoterma peritectica HJB, sunt in echilibru trei faze (fig. 9.7): FδH ↔ AJ ↔ LB. Fazele care intra in reactia peritectica se determina la temperatura T2 + ε, pe conoda HB: FδH +LB. La temperatura T2 - ε, conoda JB indica fazele care rezulta din reactie: AJ+LB.
Reactia
peritectica consta in reactia reversibila dintre
cristalitele feritei δ cu compozitia punctului H si o parte din
lichidul de compozitie B, din care rezulta cristalite de
austenita cu compozitia punctului peritectic J:
FδH + LB ↔ AJ + LB exces
Reactia este cu exces de faza lichida. In intervalul T2-T3, lichidul ramas cristalizeaza sub forma de austenita. Sub T3, otelul este monofazic austenitic si se raceste fara transformari.
Daca
otelul contine intre 0,09 si 0,17%C, reactia
peritectica decurge cu un exces de faza solida FδH.
In figura 9.8 s-a prezentat curba de racire si transformarile la cristalizarea primara si recristalizare pentru otelul considerat
Recristalizarea
otelului (fig. 9.8) incepe sub temperatura T4 cand,
datorita transformarii alotropice a Feγ in Feα, din
austenita incep sa se separe cristalite de ferita Fα
proeutectoida. Pana la T5 (770˚C), ferita este
paramagnetica. La T5, are loc transformarea magnetica a
feritei. Sub T5, continua separarea de Fα
feromagnetica. In intervalul T4-T6, ambele faze,
ferita si austenita, se imbogatesc in carbon.
Austenita tinde de la compozitia punctului 4 la compozitia punctului
S: A4 →AS. Ferita α tinde de la
compozitia punctului 4' (de pe conoda 44') la cea a punctului P: Fα4'→FαP.
La temperatura T6 (727˚C), pe izoterma eutectoida PSK (fig. 9.9), sunt in echilibru fazele: FαP ↔ AS ↔ Fe3CK. Fazele aflate in echilibru la inceputul reactiei eutectictoide se determina la
temperatura T6+ε, putin deasupra izotermei eutectoide, pe conoda PS: FαP + AS. Fazele la sfarsitul reactiei, se determina la temperatura T6-ε, pe conoda PK: FαP+Fe3CK.
|
Fα
Reactia
eutectoida consta din descompunerea reversibila a austenitei cu
compozitia eutectoida S intr-un amestec mecanic, numit perlita
(notata P), alcatuit din ferita α cu compozitia
punctului P si cementita eutectoida cu compozitia K: AS ↔ P (FαP + Fe3CeK)
La T6-ε, structura otelului contine FαP+P.
Sub T6, FαP isi micsoreaza solubilitatea in carbon de-a lungul curbei PQ tinzand catre FαQ. Ca urmare, ferita separa carbonul in exces sub forma de cementita tertiara Fe3CIII. Desi aceasta transformare afecteaza atat ferita proeutectoida, cat si cea eutectoida, constituentul structural Fe3CIII se refera numai la cementita tertiara separata din ferita proeutectoida. Cea separata din ferita eutectoida face parte din eutectoidul perlita. Structura finala a otelului hipoeutectoid contine constituentii FαQ + P + Fe3CIII.
Aspectul
microstructural difera in functie de cantitatea de carbon. La
otelurile cu continut redus de carbon, cantitatea de perlita
este foarte mica si ea se prezinta ca un eutectoid disociat.
Structura contine graunti poliedrici de ferita cu
separari discontinue de Fe3C eutectoida si tertiara
pe limita de graunte (fig. 9.10a). In otelurile care contin
0,06-0,12%C, volumul de perlita creste si eutectoidul nu mai
disociaza. Structura contine perlita, ferita
poliedrica si separari discontinue de cementita
tertiara pe limita de graunte feritic (fig. 9.10b). La un
continut de carbon peste 0,12%C, structura evidentiaza numai
ferita proeutectoida si perlita (fig. 9.10c). Cementita
tertiara nu se observa, deoarece se separa pe cementita eutectoida preexistenta. Pana la 0,4%C, ferita isi mentine aspectul poliedric. Peste 0,4%C, ferita se gaseste sub 50% si ca urmare se separa sub forma de retea pe limita fostilor graunti de austenita, deveniti perlita (fig. 9.10d).
In otelul eutectoid, recristalizarea consta din transformarea prin reactia eutectoida a intregii cantitati de austenita in perlita. Structura finala a otelului este formata numai din perlita lamelara (fig. 9.10e).
La otelul hipereutectoid, austenita bogata in carbon isi micsoreaza la racire solubilitatea in carbon de-a lungul curbei ES. Ca urmare, austenita separa carbonul in exces, sub forma unei retele de cementita secundara la limita grauntilor de austenita. La 727˚C, austenita ramasa se transforma cu subracire in eutectoidul perlita. Structura finala este formata din cementita secundara in retea si perlita (fig. 9.10f).
Cristalizarea fontei albe hipoeutectice cu 3%C (y).
Cristalizarea primara (fig. 9.8) incepe sub temperatura punctului lichidus T1, cand din solutia lichida suprasaturata in fier γ incep sa se separe cristalite de austenita proeutectica. Datorita vitezei rapide de racire, specifica fontelor albe, grauntii de austenita cresc dendritic. In intervalul T1-T2, atat lichidul cat si austenita se imbogatesc in carbon: lichidul initial cu compozitia punctului 1 isi modifica compozitia de-a lungul liniei lichidus, tinzand la compozitia punctului eutectic C: L1→LC. Austenita cu compozitia initiala data de punctul 1' (de pe conoda 11') isi modifica compozitia de-a lungul curbei solidus, tinzand spre compozitia punctului E: A1'→ AE.
La temperatura T2 (1148˚C), pe izoterma eutectica ECF (fig. 9.11), sunt in echilibru fazele: AE ↔ LC ↔ Fe3CF. La temperatura T2+ε, fazele in echilibru, la inceputul reactiei eutectice, sunt date de conoda EC: AE +LC. Fazele la sfarsitul reactiei eutectice se caracterizeaza la T2-ε, pe conoda EF: AE + Fe3CF.
Reactia
eutectica consta din descompunerea reversibila a solutiei
lichide cu compozitie eutectica C intr-un amestec mecanic eutectic
(notat E), alcatuit din austenita cu compozitie E si
cementita eutectica cu compozitia punctului F:
LC ↔ E (AE + Fe3CEF)
Structura fontei, la sfarsitul reactiei eutectice (T2-ε), contine: AE + E (AE + Fe3CEF). In intervalul T2-T3, austenita isi micsoreaza solubilitatea in carbon de-a lungul curbei ES. Austenita separa carbonul in exces sub forma de cementita secundara la limita grauntilor de austenita, pe cementita eutectica preexistenta. Austenita isi modifica astfel compozitia, de la AE tinzand la AS. Transformarile din intervalul T2-T3 afecteaza atat austenita proeutectica, cat si pe cea eutectica.
Structura fontei la T3+ε este alcatuita din: AS+Fe3CII+E (AS+Fe3CII+ Fe3CEF)
Sub temperatura T3 austenita cu compozitia eutectoida AS sufera reactia eutectoida, transformandu-se in perlita. In urma reactiei eutectoide, eutecticul se transforma intr-un amestec mecanic de perlita, cementita secundara si eutectica, care se numeste ledeburita (notata Led):
AS ↔ P (FαP + Fe3CeK)
E (AS + Fe3CII + Fe3CE) ↔ Led (P + Fe3CII + Fe3CE)
La T3-ε, structura devine: P+ Fe3CII+Led
Sub T3, din ferita eutectoida se separa cementita tertiara. Transformarea nu este sesizabila microstructural, deoarece are loc in interiorul perlitei. Structura finala a acestei fonte va contine perlita cu aspect dendritic, cementita secundara pe limita de graunte si ledeburita (fig. 9.12a).
La o fonta eutectica, intreaga cantitate de lichid sufera reactia eutectica, fara separarea unei faze proeutectice. Procesele de recristalizare, aceleasi ca la aliajul y, afecteaza austenita eutectica, care separa cementita secundara apoi se transforma in perlita. Structura finala contine numai graunti de ledeburita (fig. 9.12b).
In fonta
hipereutectica, cristalizarea incepe prin separarea din lichidul bogat in
carbon a unor cristale platiforme (aciculare in sectiunea
metalografica) de cementita primara. Lichidul isi
micsoreaza continutul de carbon tinzand spre concentratia
eutectica C. La 1148˚C, lichidul LC ramas se
transforma in eutectic, care prin recristalizare ca si la aliajul y
devine ledeburita. Structura finala contine cementita
primara si ledeburita (fig. 9.12c).
