Микроструктура углеродистых сталей

В состоянии поставки с металлургических заводов (после горячей прокатки, отжига, нормализации) структура углеродистых сталей представляет собой смесь почти чистого мягкого железа (феррита с 0,02 % С и НВ ~80 ) и очень твердого (царапает стекло) прочного карбида железа (цементита с 6,67 % С и НВ > 800). При этом чем больше содержание углерода С в стали, тем больше доля цементита в структуре и выше прочность и твердость стали.

Типичные микроструктуры углеродистых сталей (в состоянии поставки) представлены на рис. 4.1.

Техническое железо (0,02 % C). Зерна феррита	Сталь марки 40 (0,40 % С). Светлые участки феррита и темные зерна перлита (тонкой смеси феррита и цементита)	Сталь марки У8 (~0,8 % С). Пластинчатый пер-лит (смесь темных цементитных и светлых феррит-ных пластин)	Сталь марки У12 (~1,2 % С) Зернистый перлит (зерна цементита на светлом фоне феррита)

Рис. 4.1. Микроструктуры углеродистых сталей (увеличение 400)

При закалке цементит в процессе нагрева растворяется, атомы углерода внедряются в кристаллическую решетку железа и при резком закалочном охлаждении не успевают выделиться. В результате основной структурой закаленной стали является максимально твердый и хрупкий мартенсит (мелкоигольчатый), представляющий собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе. Грубоигольчатая структура мартенсита свидетельствует о перегреве стали, а присутствие в мартенсите светлых участков феррита характеризует недогрев стали при закалке. Микроструктуры стали У8 после закалки представлены на рис. 4.2.

После отпуска, снижающего хрупкость закаленной стали, структура, как правило, сохраняет игольчатую ориентированность (по мартенситу), но представляет собой очень тонкие феррито-цементитные смеси (сорбит, троостит). Для четкого выявления этих структур увеличения световых металлографических микроскопов недостаточно.

Крупноигольчатый мартенсит (перегрев, очень высокая хрупкость)	Мелкоигольчатый мартенсит (нормальная закалка, оптимальные свойства)	Мелкоигольчатый мартенсит с участками феррита (недогрев, пониженная твердость)

Рис. 4.2. Микроструктуры инструментальной углеродистой стали марки У8 (стамески, долота, плоскогубцы) после закалки при различных температурах нагрева (увеличение 500 )