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 727оС, 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.
Ледебурит является структурной составляющей белого (и половинчатого!) чугуна.
Чем ближе к эвтектической точке С, тем ледебурита в структуре больше. Классификация чугуна по структуре: доэвтектический, эвтектический, заэвтектический.
При охлаждении расплава доэвтектического чугуна первым начинает кристаллизоваться аустенит, а остающийся расплав все больше обогащается углеродом, и при температуре 1147оС состав расплава соответствует эвтектическому. В этот момент и начинается кристаллизация эвтектики — ледебурита. После окончания кристаллизации структура сплава – аустенит + ледебуритная эвтектика (аустенит+цементит).
В процессе дальнейшего охлаждения чугуна в интервале температур от 1147 оC до 727 оC аустенит обедняется углеродом и выделяется вторичный цементит. Он сливается с цементитом ледебурита, но для нашего рассмотрения это не принципиально. Ниже 727 оC аустенит превращается в перлит (разделяется на феррит и цементит). Т.е. все, что было аустенитом, превратилось в перлит, но цементит ледебурита по внешнему виду остался таким, как был. Структура доэвтектического чугуна показана на рис. 2. Красной стрелкой указан перлит. Это те дендриты, которые выше 727 оC были аустенитом. Белой стрелкой показан ледебурит. Он закристаллизовался последним и не изменился по своей морфологии. Аустенит, расположенный «в дырочках», ниже 727 оC превратился в перлит. Это хорошо видно на рис.3.
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 оC 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
В заэвтектических белых чугунах из жидкости кристаллизуется первичный цементит в виде плоских игл, затем образуется ледебурит. При комнатной температуре заэвтектический белый чугун содержит две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит. На рис. 5 показан заэвтектический чугун, правда, высоколегированный. Но, так или иначе – в структуре присутствуют первичные карбиды и эвтектика. Особенно наглядно видно на рис.5а – дендриты карбида и ледебуритная эвтектика. Она выглядит немного по иному, но в некоторых местах имеет характерное строение (рис.6, структура ледебурита выделена красным). Зато ледебурит тут «настоящий» - с аустенитом. Просто легирование снижает температуру перлитного превращения, и при комнатной температуре имеет место аустенит.
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.