Определение содержания углерода в отожженной стали по ее микроструктуре

Криминалистическая идентификация черных металлов и сплавов (сталей и чугунов) по микроструктуре.

Микроструктура в равновесном состоянии опред-ся содержанием углерода.

Микроструктура доэвтектоидной стали состоит из перлита и избы­точного феррита. При этом по мере увеличения содержания углерода количество перлита возрастает, а феррита - убывает.

Эвтектоидные стали имеют микроструктуру, состоящую только из перлита.

Микроструктура заэвтектоидных сталей состоит из перлита и избыточного (вторичного) цементита.

Если сталь характеризуется повышенным содержа­нием углерода, близким к 0,8%,то феррит располагается в виде белой тонкой сетки, похожей на сетку цементита. В этом случае отличить цементит от феррита можно путем травления шлифа пикратом натрия, который окрашивает цементит в темно-коричневый цвет, ос­тавляя феррит белым.

В малоуглеродистой (доэвтектоидной) стали нормальный эвтектоид не образуется. Он выделяется на доэвтектоидных ферритных зернах, а цементит на границах зерен (межзеренный цементит).

В среднеуглеродистых сталях ферритная сетка становится тоньше, тоньше становятся и пластины цементита, они сближаются. Кол-во перлита в структуре определяется по отношению общей площади перлитной составляющей ко всей площади.

Определение содержания углерода в отожженной стали по ее микроструктуре

Так как содержание углерода в феррите при нормальной температуре не превышает 0,01%, то можно считать, что практически весь углерод в отожженной доэвтектоидной стали содержится в перлите. Поскольку феррит и перлит имеют примерно одинаковый удельный объем, то, следовательно, зная площадь занимаемую на микрошлифе перлитом,

можно определить процент углерода по формуле:

С = 0,8хFn/100 %

где Fn - площадь в %, занимаемая перлитом на микрошлифе;

0,8 - содержание углерода в перлите.

Микроструктура сталей зависит от формы фаз и их расположения под воздействием различных операций технологического процесса при изготовлении изделий

На структуру влияют параметры термической обработки: температура нагрева и время выдержки, скорость охлаждения.

Феррит в низко- и среднеуглеродистых сталях при повышенных скоростях охлаждения и перегревах выделяется не только по грани­цам зерен в виде сетки, но также и внутри зерен по плос­костям, разориентированным на 60, 120°, имеет игольчатое строение (видманштеттова структура).

Перлит в зависимости от скорости охлаждения может быть зернистым и пластинчатым (форма частичек цементита).

Микроструктура заэвтектоидной стали в отожженном состоянии – чередующиеся параллельные пластины феррита и цементита на темном фоне перлита и пограничные выделения вторичного цементита в виде сплошной тонкой светлой сетки по границам зерен бывшего аустенита, превратившегося (при медленном охлаждении с печью) в пластинчатый перлит.

При циклическом отжиге происходит перекристаллизация и образуется зернистый перлит. Такой структурой должны обладать инструментальные стали, так как это обеспечивает обрабатываемость резанием. Наличие структуры зернистого перлита уменьшает склонность эвтектоидных и заэвтектоидных сталей к перегреву при закалке.

При закалке стали доэвтектоидной стали, при скорости охлаждения больше критической, получаем структуру мартенсит закалки, который имеет игольчатое строение (темные иглы на светлом фоне аустенитных зерен) и остаточный аустенит. Размер игл определяется величиной исходного (перед закалкой) зерна аустенита.

При неполной закалке доэвтектоидных сталей получается структура, состоящая из мартенсита, остаточного аустенита и феррита. Из-за наличия ферритной структурной составляющей снижается твердость.

Микроструктура после низкотемпературного отпуска (до 250 °С), которому подвергают режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали после цементации - мартенсит отпуска.

При среднетемпературном (350–500 °С) отпуске мартенсит закалки претерпевает структурное М→П превращение, при котором образуется 2 фазы: зернистый цементит и феррит, расположение которых сохраняет ориентировку игольчатого мартенсита закалки. Структура углеродистых сталей после среднего отпуска – зернистый троостит отпуска. Применяют главным образом для пружин и рессор для обеспечения высокого предела упругости и выносливости.

Высокотемпературный отпуск (500–680 °С) создает наилучшее соотношение прочности и вязкости у среднеуглеродистых сталей, содержащих 0,3–0,5 % углерода. Мартенсит закалки в результате М→П превращения распадается на 2 фазы: зернистый цементит и феррит, расположение которых сохраняет ориентировку игольчатого мартенсита закалки. Структура – сорбит отпуска

При содержании углерода свыше 2,14% сплав Fe-C переходит в область чугунов (ферритных и цементитных). Кол-во цементита в чугуне значительно больше. Белый чугун отличается от стали наличием эвтектоида «ледебурита». В заэвтектическом чугуне присутствует и первичный цементит. В серых чугунах углерод выделяется не в виде карбида железа, а в виде графита (структура – ме матрица с включениями графита). В зависимости от матрицы: Ф, Ф+П, П. При определенном режиме отжига пластинчатый цементит сфероидезируется и образуется зернистый П.