ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода, называются сталями. Под равновесным состоянием сплава понимается состояние, при котором все фазовые превращения в сплаве полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния (рис. 9). Такое состояние наступает только при медленном охлаждении.

1. Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа). Содержит 6,67 % углерода, обладает высокой твердостью (HB 800), малой пластичностью. Встречается в виде сетки или отдельных включений в структуре заэвтектоидных сталей или белых чугунов. Имеет, как и феррит, светлый вид, но в отличие от феррита не имеет формы зерен.

2. Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита. Содержит 0,80 % углерода и образуется при 727 ºС из аустенита. Если цементит расположен в виде мелких зерен в феррите, то мы имеем дело с зернистым перлитом, если в виде пластин – с пластинчатым перлитом.

3. Аустенит (γ) – твердый раствор (внедрения) углерода в γ- железе. Максимальная растворимость углерода в аустените при 1147 °С равна 2,14 %. Кристаллическая решетка аустенита – гранецентрированный куб, причем атом углерода помещается в его центре. Аустенит не магнитен, вязок. Его зерна окрашены в светлый цвет, но в отличие от зерен феррита имеют характерные двойники.

Стали с содержанием до 0,8 % углерода называются доэвтектоидными. Их структура состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода количество феррита в доэвтектоидных сталях уменьшается, а перлита – увеличивается (рис. 10.а - 10.е). При содержании в стали 0,80 % С количество перлита равно 100 %.

Сталь с содержанием 0,8 % углерода является эвтектоидной и имеет структуру перлита. В зависимости от формы частиц цементита перлит бывает пластинчатым и зернистым.

Рис. 9. Структурные составляющие системы железо-углерод.

Стали, содержащие более 0,80 % С, называются заэвтектоидными. Структура заэвтектоидных сталей при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, причем цементит может располагаться в виде сетки, зерен или игл.

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 10. Изменение структуры в зависимости от процентного
содержания углерода.

Используя правило отрезков и диаграмму железо-цементит, можно, зная соотношение площадей, занятых перлитом и ферритом, определить содержание углерода в стали (помня, что перлит содержит 0,80 % углерода). Например, пусть имеется микрошлиф, на котором площади, занятые перлитом и ферритом, составляют соответственно по 50 %. Отсюда находим содержание углерода в стали:

.

Данный образец изготовлен из стали с содержанием 0,4 % углерода.