Ледебурит¶

Ледебурит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (чугунов и белых чугунов), представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита (в затвердевшем состоянии — перлита и цементита). Ледебурит образуется при кристаллизации сплавов с содержанием углерода от 2,14 % до 6,67 % при температуре 1147 °C (эвтектическая точка). Назван в честь немецкого металлурга Карла Генриха Адольфа Ледебура, впервые описавшего эту структуру в 1882 году.

¶Образование и структура

Ледебурит формируется в результате эвтектического превращения, когда жидкий сплав с концентрацией углерода 4,3 % одновременно кристаллизуется в две фазы: аустенит (твердый раствор углерода в γ-железе) и цементит (карбид железа Fe₃C). В зависимости от скорости охлаждения и последующей термической обработки различают две основные формы ледебурита:

• Ледебурит пластинчатый — образуется при медленном охлаждении; цементит выделяется в виде грубых пластин, между которыми располагаются колонии перлита.
• Ледебурит зернистый (глобулярный) — формируется при ускоренном охлаждении или после отжига; цементит имеет округлую (глобулярную) форму.

При температурах ниже 727 °C (эвтектоидная точка) аустенит, входящий в состав ледебурита, претерпевает перлитное превращение, поэтому при комнатной температуре ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита.

¶Классификация и виды

По условиям образования и морфологии ледебурит подразделяют на:

• Первичный ледебурит — образуется непосредственно из жидкой фазы при эвтектической кристаллизации.
• Вторичный (эвтектоидный) ледебурит — выделяется из аустенита при его переохлаждении ниже эвтектической температуры в процессе дальнейшего охлаждения.

В белых чугунах ледебурит является обязательной структурной составляющей. В зависимости от формы цементита различают:

• ледебурит с пластинчатым цементитом (типичен для обычных белых чугунов);
• ледебурит с зернистым цементитом (получается после графитизирующего отжига).

¶Свойства

Ледебурит характеризуется высокой твердостью (600–700 HB) и хрупкостью, что обусловлено большим содержанием цементита (около 50 % по объему). Он обладает низкой пластичностью и практически не поддается механической обработке резанием. Теплопроводность ледебурита ниже, чем у феррита и перлита, однако выше, чем у чистого цементита.

Температура плавления ледебурита составляет 1147 °C, что ниже температуры плавления чистого железа (1539 °C) и цементита (около 1250 °C). Это свойство используется в металлургии: наличие ледебурита снижает температуру ликвидуса чугунов, облегчая их плавку и литье.

¶Применение

Ледебурит определяет технологические свойства белых чугунов, которые используются:

• для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа (мелющие тела шаровых мельниц, дробеметные установки);
• в производстве отливок, подвергающихся поверхностной закалке (валки прокатных станов);
• как промежуточный продукт при получении ковкого чугуна (путем графитизирующего отжига ледебуритный цементит распадается с образованием графита).

В высоколегированных чугунах (например, хромистых) ледебурит может содержать специальные карбиды, что дополнительно повышает износостойкость. Ледебуритная эвтектика также встречается в некоторых быстрорежущих сталях (например, Р6М5), где она обеспечивает красностойкость и режущие свойства.

¶Связь с диаграммой состояния

На диаграмме состояния железо—цементит ледебурит соответствует эвтектической точке при 4,3 % C и 1147 °C. Сплав с такой концентрацией углерода называется эвтектическим чугуном. Доэвтектические чугуны (2,14–4,3 % C) содержат в структуре, помимо ледебурита, избыточный аустенит (при комнатной температуре — перлит), а заэвтектические (4,3–6,67 % C) — первичные кристаллы цементита.

¶Источники

• Гуляев А. П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1986.
• Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.
• Мальцев М. В. Металлография железоуглеродистых сплавов. — М.: Металлургия, 1972.