Что такое ледебурит кратко

Обновлено: 06.07.2024

О ледебурите уже говорилось на этом сайте. Но все же эта тема заслуживает отдельного рассмотрения. В первую очередь следует сказать, что ледебурит – структурная составляющая чугуна, хотя есть класс ледебуритных сталей, в которых при неравновесной кристаллизации может наблюдаться ледебурит. Но это уже другая тема.

Ледебурит – это эвтектика в сплаве железо-углерод, которая кристаллизуется из жидкого сплава с концентрацией 4,3% углерода при постоянной температуре 1147°С. На диаграмме состояния ледебурит присутствует в очень большой области изменения концентрации углерода – от 2,14% до 6,67%. Ледебурит состоит из аустенита и цементита при температуре выше А₁ (выше линии PSK). Замечательно то, что аустенит претерпевает фазовое превращение аустенит-перлит при 727 о С, но структура по-прежнему называется ледебуритом. Ниже А₁ ледебурит состоит из перлита и цементита (рис. 1).
Ледебурит твёрдый и хрупкий: твердость по Бринеллю составляет НВ = 5000 - 6000 МПа, относительное удлинение - δ = 1-2%.

Рисунок 1. Диаграмма состояния железо-углерод с областями существования ледебурита:  - аустенит+цементит;  - перлит + цементит.

Рисунок 2. Дендритная структура доэвтектического чугуна.


а	б

Рисунок 3. Ледебурит в доэвтектическом белом чугуне (а), половинчатом чугуне (б)

При охлаждении жидкой фазы состава точки эвтектики (точка "С" на диаграмме состояния) до температуры 1147 о C начинается кристаллизация ледебурита. В дальнейшем аустенит распадается на феррито-цементитную смесь (перлит). Ледебурит показан на рис.4; можно хорошо рассмотреть перлитные участки.

Рисунок 4. Ледебурит


а	б

Рисунок 5. Структура заэвтектического чугуна: а – легирование хромом, б – хромом и ниобием.

Рисунок 6. Ледебурит в легированном чугуне

Поскольку ледебурит – эвтектика, то он кристаллизуется в последнюю очередь, когда остальные фазы уже сформировались. Поэтому включения ледебурита располагаются по границам зерен (или дендритов). Это хорошо заметно, когда эвтектики в чугуне немного (рис. 7, а). Поскольку чугун – высокоуглеродистый сплав, то практически всегда в нем можно найти хоть немного ледебурита (рис.7,б).


а	б

Рисунок 7. Включения ледебурита: а – серый чугун (СЧ) с перлитной матрицей; б - высокопрочный чугун (ВЧ), матрица феррито-перлитная, без травления

На рис. 8 показан ледебурит в структуре аустенитного чугуна ЧН15Д7.


а	б

Рисунок 8. Фрагменты ледебурита в чугуне ЧН15Д7; литье методом намораживания

В стали участки ледебурита – явление нежелательное (рис. 9). Все из-за тех же свойств ледебурита – высокой твердости и хрупкости. Наличие ледебурита охрупчивает материал, снижает возможности обработки давлением, ведет к браку стальных изделий.

Рисунок 9. Остатки литой структуры в стали

Структура "ледебурит" названа в честь первого ординарного профессора черной металлургии, соляного дела и механико-металлургических технологий Карла Генриха Адольфа Бернхарда Ледебура (1837-1906) – тайного горного советника королевства Саксонии. Именно он открыл эту структуру - одну из основных структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.

Ледебур был сыном начальника почтового отделения, скончавшегося в 1956 г. К этому времени Адольф Ледебур закончил практику на государственном металлургическом заводе в Южном Гарце. С 1856 г. он учился в коллегии Каролины в Брауншвейге. В 1858г. он был вынужден закончить обучение по финансовым обстоятельствам и работал в Гарце, позднее в Рюбеланде временно в качестве управляющего. В 1859 Ледебур получил допуск к экзамену как чиновник металлургического завода. После сдачи экзамена он в 1862г. начал свою деятельность как аспирант по металлургии на металлургическом заводе графа Отто цу Штольберг-Вернигероде в Ильзенбурге. В 1866 Ледебур женился на дочери Ильсенбургского инспектора металлургии Эдуарда Шотта, после того, как в 1864г. он был повышен до контролера металлургии. Между 1869 и 1871 Ледебур руководил чугуннолитейным производством Шварцкопф в Берлине, потом он поменял место работы на графское отдельное металлургическое предприятие в Грёдице, где он в конце концов стал работать мастером. В 1884, после 13 лет, превратившись в ответственного практика, он был приглашен в качестве профессора металлургии и литейного дела в королевскую горную академию во Фрайберге (Саксония).
Награды, присужденные Ледебуру как тайному горному советнику, так же как и профессору, которыми он был награжден к моменту своей смерти, в той же степени за руководство лабораторией металлургического завода, уже организованной к 1875г. Непреходящая заслуга Ледебура в ходе исследования эвтектических систем железо – углерод - это доказательство (существования) мелкозернистой смеси перлита и цементита, образующейся при охлаждении расплава чугуна, которая в его честь была названа ледебуритом. Между 1896 и 1898 Ледебур работал даже в Японии как советник при создании железной индустрии и ему также была предложена кафедра металлургии черных металлов в университет Токио. По его планам последовало сооружение императорского стального завода Явата в префектуре Фукуока на Кюсю, на оборудование которого были получены из Германии 5 миллионов рейхсмарок в ценных бумагах. С 1899 по 1901 Адольф Ледебур – ректор горной академии во Фрайберге. Ледебур был к тому же первым ректором, который вместо назначения, имевшего место до сих пор, был избран на свою должность. Между 1903 и 1905 гг Ледебур вновь был ректором высшей школы. Его многочисленные работы по черной металлургии, опубликованным впервые к 1883 и переведенные на некоторые языки учебники по железному и стальному литью, претерпели много переизданий. Достойно внимания то, что подготовлено учебное пособие, содержащее бухгалтерский учет и расчет себестоимости.
Ледебур был обладателем многих орденов, в том числе был награжден орденами России, Японии, Саксонии и Испании. В его честь также в 1930 около кампуса горной академии во Фрайберге новое строение колледжа металлургического института было названо зданием Ледебура. Кроме того, улица Ледебура во Фрайберге и площадь Адольфа Ледебура в Бланкенберге носят его имя.
Объединение немецких литейщиков в 1934 учредило в его честь памятную медаль Адольфа Ледебура за заслуги в литейном деле.
Карл Генрих Адольф Бернхард Ледебур скончался во Фрайберге 7 июня 1906 г. на шестьдесят девятом году жизни.

Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe₃C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Содержание

Структура и свойства

Основная фаза, инициирующая зарождение ледебурита — цементит. На пластинке цементита, зародившейся в эвтектической жидкости, разрастается плоский дендрит аустенита. Далее идет сравнительно быстрый парный рост взаимно проросших кристаллов обеих фаз. Каждая из фаз в пределах одной колонии ледебурита непрерывна, то есть относится к одному кристаллу.

В зависимости от температуры, фазовый состав ледебурита может быть разным. Так в температурном интервале от 1147 °C до 727 °C ледебурит состоит из аустенита и цементита, а при температурах ниже 727 °C — из перлита и цементита.

Ледебурит обладает высокими твёрдостью и хрупкостью.

Присутствие в железоуглеродистых сплавах

Чугуны

Ледебуритная смесь возникает в чистых железоуглеродистых сплавах в интервале концентраций углерода от 2 % до 6,67 %, что соответствует чугунам. Механизм образования ледебурита в доэвтектических (левее точки эвтектики, соответствующей 4,3 % углерода, на диаграмме железо-углерод), эвтектических и заэвтектических (правее точки эвтэктики) чугунах различается.

в доэвтектических чугунах

При охлаждении жидкой фазы состава доэвтектического чугуна первым начинает кристаллизоваться аустенит, вследствие чего состав жидкой фазы начинает смещаться в сторону увеличения концентрации углерода (ввиду меньшей растворимости углерода в аустените). По достижении точки эвтектики (4,3 % углерода, 1147 °C) начинается кристаллизация эвтектики — ледебурита. В процессе дальнейшего охлаждения чугуна в интервале температур от 1147 °C до 727 °C аустенит обедняется углеродом и выделяется вторичный цементит. Вторичный цементит, выделяющийся по границам зерен аустенита, сливается с цементитом ледебурита, поэтому практически не виден под микроскопом. При небольшом переохлаждении ниже 727 °C аустенит по эвтектоидной реакции превращается в перлит. Таким образом, в доэвтектических белых чугунах, при комнатной температуре, ледебурит, как структурная составляющая, присутствует наряду с перлитом и вторичным цементитом.

в эвтектическом чугуне

При охлаждении жидкой фазы состава точки эвтектики до температуры 1147 °C начинается одновременная кристаллизация смеси аустенита и цементита — ледебурита. В дальнейшем аустенит распадается на феррито-цементитную смесь (перлит).

в заэвтектических чугунах

В заэвтектических белых чугунах из жидкости кристаллизуется первичный цементит в виде плоских игл, затем образуется ледебурит. При комнатной температуре эаэвтектический белый чугун содержит две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит.

Стали

Ледебурит может образовываться в сталях если в них, во-первых, содержание углерода достаточно велико (свыше 0,7 % (~1,3 %—1,5 %), что соответствует инструментальным сталям), и, во-вторых, при высоком содержании карбидообразующих легирующих элементов (Cr, W, Ti, Mo и др.). Введение этих легирующих элементов, в больших количествах, уменьшает растворимость углерода в аустените и перлите, что, в определённых случаях, и приводит к возможности выделения эвтектики при, сравнительно, малых содержаниях углерода. Такие стали (например, быстрорежущая) называют ледебуритными.

Ссылки

Ледебурит — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
Металлургический справочник Метталобаза
Technische Universität Bergakademie Freiberg, Berühmte Lehrer und Studenten

Железо
Материаловедение
Фазы железоуглеродистых сплавов

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Ледебурит" в других словарях:

ЛЕДЕБУРИТ — карбидная цементитная эвтектика – эвтектическая смесь аустенита и цементита – γ Fe (C) + Fe3C, образующаяся при 1130° в процессе кристаллизации жидкого сплава, содержащего 4,3 % C. При температуре ниже 723° ледебурит представляет собой смесь … Металлургический словарь

Ледебурит — [ledeburite] (по имени немецкого, металлурга A. Ledebur) одна из основных структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов; эвтектика, состоящая из аустенита (А) и цементита (Ц), образующих Энциклопедический словарь по металлургии

ледебурит — [по имени немецкого металлурга А. Ледебура (A. Ledebur) (1837 1906)], структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (главным образом чугунов) эвтектическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при температуре ниже 1145°C (для чистых… … Энциклопедический словарь

ледебурит — ledeburitas statusas T sritis chemija apibrėžtis Austenito (perlito) ir cementito eutektinis mišinys. atitikmenys: angl. ledeburite rus. ледебурит … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Ледебурит — (от имени нем. металлурга А. Ледебура, A. Ledebur; 1837 1906) одна из основных структурных составляющих железоуглеродистых сплавов (См. Железоуглеродистые сплавы), главным образом чугунов; представляет собой эвтектическую смесь (см.… … Большая советская энциклопедия

ЛЕДЕБУРИТ — [от имени нем. металлурга А. Ледебура (A. Ledebur; 1837 1906)] одна из осн. структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, гл. обр. чугунов; представляет собой эвтектич. смесь (см. Эвтектика) аустенита и цементита, кристаллизующуюся ниже… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ЛЕДЕБУРИТ — (по имени А. Ледебура), структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (гл. обр. чугунов) эвтектич. смесь аустенита и цементита, образующаяся при темп ре ниже 1145 °С (для чистых железоуглеродистых сплавов) … Естествознание. Энциклопедический словарь

ЛЕДЕБУРИ́Т (по имени нем. металлурга A. Ледебура, 1837–1906), структурная составляющая сплавов железа с углеродом, гл. обр. чугунов. Представляет собой эвтектику ; кристаллизуется ниже 1140 °C из расплава, содержащего аустенит и цементит (в виде дендритов, игл или пластин толщиной 4–12 мкм и более) в соотношении 1:1 (по объёму). Л. хрупок, имеет высокую твёрдость; служит основой структуры износостойких белых чугунов.

Ледебурит в материаловедении– это основной элемент, включенный в состав металлических сплавов, в том числе в чугун. Название составляющей возникло в середине 19 века в честь немецкого металловеда Адольфа Ледебура.

Ледебуритная сталь образована примесью компонентов, название которым цементит и аустенит. Описываемые вещества появляются во время плавки стали при нагретом режиме до 1145 °C. Процесс достигается с расчетом того, что в сплаве содержится чистого железа и углерода. При температуре 726 градусов образовывается феррито-цементитная смесь.

Структура и свойства

Итак, определить, что представляет собой ледебурит достаточно просто. Главной фазой, которая обеспечивает его образование, считается цементит. На поверхности этой составляющей, за рождение которой отвечает эвтектическая жидкость, появляется пластина дендрита аустенита. Следом происходит мгновенное парное разрастание кристаллических элементов из фаз. С учётом температурных режимов, ледебуритный состав, как правило, имеет различные компоненты. К примеру, температура 1145 – 726 свидетельствует о присутствии цементита и аустенита в ледебуритной основе. Понижение теплового показателя обеспечивает появление таких объектов, как феррит и цементит. Преимущество ледебурита состоит в том, что он отличается повышенной хрупкостью и твердостью.

Присутствие в сплавах

Ледебурит в основном расположен в чугунах (эвтектический, заэвтектический и доэвтектический) и нержавеющих сплавах.

Чугун

Примесь ледебурита появляется в пространстве чистого железоуглеродистого состава в пределах углеродного концентрата 2.15-6.68%.

Стоит запомнить, что эвтектический, заэвтектический и доэвтектический металлы, включают в себя несколько механизмов зарождения:

Доэвтектический. В то время как жидкая фаза в железе начинает своё охлаждение, первым процесс кристаллизации проходит аустенит, в результате чего составляющие фазы постепенно изменяются в направлении возрастания углеродной консистенции. Достигнув точки эвтектики в режиме 1145 °Cи 4.35% углерода, происходит этап перестройки ледебурита. Постепенно охлаждаясь до 726 °C, имеющиеся компоненты начинают реструктуризацию, так как аустенит объединяется с углеродом, после чего образуется цементит (вторичный). Далее, элемент, выделяясь на краях капсул аустенита, производит слияние с цементитом первичным. Пройдя охлаждение ниже 726 градусов, аустенит проводит образование в перлит.

Эвтектический. Охлаждаясь до 1145 °C, жидкий поток эвтектики ледебурита начинает единовременную кристаллизацию помеси дополнительных веществ. В конечном итоге аустенит образовывает распад на цементит и феррит.

Заэвтектический. Нагреваемый элемент проходит этап формирования из жидкого состояния в цементит первичный, образующий плоские стержни, а следом зарождается ледебурит. Комнатная температура способствует содержанию первичного цементита и ледебурита в белом заэвтектическом чугуне.

Сталь

Ледебурит образовывается в железе в том случае, если концентрация углеродной консистенции велика, но не превышает 0.8%, такой показатель соответствует инструментальной стали. Второстепенная задача – наличие содержания легирующих карбидообразующих веществ, в том числе хрома, вольфрама и титана.

Читайте также: