Микроанализ сталей

1. Техническое железо. Феррит. Содержание углерода меньше 0,006%. Главным образом техническое железо состоит из феррита (твердый раствор внедрения углерода в α-железо, ОЦК-решетка). Предел прочности 27-39 кГ/мм²; предел упругости 14-16 кГ/мм²; твердость по Бринеллю 70-80 кГ/мм²; относительное удлинение 45-50%; относительное сужение 45-80%. Отличается большой пластичностью, поэтому чистые сорта технического железа применяются для холодной штамповки и для изготовления кровельного железа. Феррит встречается как фаза и структурная составляющая в сталях и чугунах. Под микроскопом феррит виден как светлые округлые зерна (рис. 9.1).

Характеристики травления зависят от присутствия в твердом растворе фосфора, марганца, кремния, наличия шлаковых включений.

2. Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо, ГЦК-решетка. В углеродистых сталях при температуре 727 ⁰С аустенит распадается на феррито-цементитную смесь. При комнатных температурах аустенит встречается лишь в легированных сталях (марганцовистой, хромоникелевой, никелевой и др.). Под металлографическим микроскопом аустенит виден как отдельные светлые зерна с двойниковым строением (рис. 9.2). Аустенит парамагнитен, вязок и пластичен. Твердость при содержании углерода 0,8% – 200 кГ/мм².

Рис. 9.1. Микроструктура технического железа (феррита).

Рис. 9.2. Микроструктура аустенита

3. Цементит – химическое соединение Fe₃C. Кристаллическая решетка – сложная орторомбическая. Цементит отличается большой твердостью и хрупкостью. Под металлографическим микроскопом имеет светлый блестящий вид. Существует первичный, вторичный и третичный цементиты. Первичный цементит встречается только в белых чугунах и образовывается из жидкости. Вторичный цементит встречается во всех железоуглеродистых сталях и образовывается в процессе перекристаллизации аустенита. Третичный встречается только в доэвтектоидных сталях как избыточная фаза при остывании чистого феррита. Он встречается в виде фаз и структурных составляющих во всех железоуглеродистых сплавах: в сталях в виде сетки как фаза и темных пластин в составе перлита как структурная составляющая, в белых чугунах – как фаза в виде белых пластин, толщина которых зависит прямо пропорционально от содержания углерода в чугунах. Чугуны с максимальным содержанием карбида железа не применяются в виду их повышенной хрупкости. Применяются лишь чугунные отливки с отбеленной поверхностью со структурой белого чугуна на глубине 2–25 мм.

4. Нормализованные и отожженные углеродистые стали. Микроструктура меняется в зависимости от содержания углерода. При содержании углерода от 0,006 до 0,02% она состоит из крупных светлых зерен феррита и темной мелкой сетки по его границам (рис. 9.1); от 0,02 до 0,8% – при увеличении х100-200 состоит из светлых зерен феррита и темных зерен перлита – эвтектоида (рис. 9.3), который является механической смесью феррита и цементита (карбида железа), выявляющейся при увеличении до х2000 и имеющей мелкодисперсную пластинчатую структуру; при содержании углерода ровно 0,8% микроструктура стали состоит из зерен перлита (рис. 9.4); от 0,8 до 2,14% – из темных зерен перлита и светлой крупной сетки цементита (рис. 9.5). Нормализованные и отожженные стали отличаются размером зерен, т.е. дисперсностью, из-за разных скоростей охлаждения.

Рис. 9.3. Микроструктура доэвтектоидной стали. Феррит (светлый) + перлит (темный).

Рис. 9.4. Микроструктура эвтектоидной стали. Перлит (светлый феррит + темный цементит)

Рис. 9.5. Микроструктура заэвтектоидной стали. Перлит (темный) + цементит (светлый). Травление 4% раствором азотной кислоты

5. Закаленные и отпущенные углеродистые стали.

При высоких температурах углеродистые стали состоят из аустенита, который при быстром охлаждении перестраивается в мартенсит. Выявляются взаимно пересекающиеся пачки вытянутых параллельных между собой игл (игольчатое строение). Медленное охлаждение закаленных мартенситных углеродистых сталей (отпуск) вызывает появление троостита или сорбита отпуска, которые отличаются от сорбита и троостита закалки зернистым строением цементита.

6. Легированные стали содержат те же структурные составляющие, что и углеродистые, но они имеют дополнительные фазы (карбиды и сульфиды в марганцевых сталях, карбиды хрома в хромистых и т.д.), присутствующих в виде мелких однородно распределенных твердых частиц.