Структура сталей и чугунов

Рассмотрим структуру железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) под оптическим микроскопом.

Сплав, содержащий 0,015% С (Армко-железо), при ком­натной температуре состоит из крупных светлых зерен феррита различной формы и величины, по границам которых распола­гается третичный цементит в виде темных полосок (см. рис. 7.4). Форма и размеры зерен зависят от скорости охлаждения жидкого расплава или степени деформации, предшествовавшей исследованию микроструктуры. Феррит обладает высокой пластичностью, но третичный цементит снижает его пластич­ность и повышает его твердость (до НВ 90... 100). Количе­ство третичного цементита будет тем больше, чем ближе со­став сплава к предельной концентрации углерода в феррите (0,025%).

Микроструктура доэвтектоидной стали (0,3 % С) при ком­натной температуре состоит из зерен феррита и перлита (рис. 7.4, а). Феррит представлен в виде светлых участков. Он имеет высокие магнитные свойства и является самой мягкой состав­ляющей железоуглеродистых сплавов. Перлит имеет пластин­чатое строение в виде темных участков. Перлитные зерна пред­ставляют собой зерна феррита, пронизанные пластинками вто­ричного цементита. Чем больше углерода в стали, тем больше в ней перлита и меньше феррита. Для сравнения на рис. 7.4,6 приведена микроструктура доэвтектоидной стали с содержа­нием 0,5 %С.

По соотношению площадей, занимаемых в структуре перли­том и ферритом, можно определить содержание углерода в стали. Перлит обладает повышенной по сравнению с ферри­том твердостью (примерно НВ 200), поэтому чем больше его в стали, тем большую твердость он имеет. Твердость перлиту придает цементит, который является весьма твердой (примерно НВ 800) и хрупкой составляющей железоуглеродистых спла­вов.

Микроструктура эвтектоидной стали состоит из зерен пла­стинчатого перлита (рис. 7.4,в). Зерна пластинчатого пер­лита — это механическая смесь феррита и вторичного цемен­тита. Вторичный цементит виден в форме темных пластин, про­низывающих зерна феррита.

Микроструктура заэвтектоидной стали (1,2 % С) при ком­натной температуре состоит из темных пятен и вторичного це­ментита (рис. 7.4, г), располагающегося в виде светлых поло­сок сетки по границам перлитных зёрен. Заэвтектоидная сталь имеет большую твердость и низкую пластичность. Твер­дость и хрупкость тем больше, чем выше содержание в. ней углерода.

Рис. 7.4. Микроструктура сталей и чугунов.

Доэвтектический чугун (содержащий 3% С) при 1147^о С состоит из зерен аустенита и ледебурита. При понижении температуры до 727 °С из структурно-свободного аустенита выде­ляется вторичный цементит, который обычно не обнаружива­ется под микроскопом, так как он объединяется с цементитом ледебурита. Аустенит ледебурита также распадается с выде­лением вторичного цементита, который, в свою очередь, объ­единяется с первичным цементитом. При 727 °С структурно свободный аустенит превращается в перлит. При температуре ниже 727 °С доэвтектический чугун состоит из перлита, леде­бурита и вторичного цементита. _Нарис. 7.4, д представлена микроструктура доэвтектического чугуна с содержанием 3 % С. Темные участки представляют собой перлит, а светлые – ледебурит. 3ерна ледебурита, в свою очередь, состоят из перлита (темные точки) и цементита (светлые участки).

Микроструктура эвтектического чугуна (рис. 7.4,е) состоит только из ледебурита. В этом чугуне перлит раздроблен це­ментитом и располагается по границе крупных цементитных пластин, в свою очередь имеющих мелкие включения перлита. Микроструктура эвтектического чугуна часто наблюдается в виде светлого фона цементита, усеянного темными зернами перлита.

Микроструктура заэвтектического чугуна, содержащего 5 % С, состоит из ледебурита и первичного цементита (рис. 7.4, ж). Зерна ледебурита в виде серых участков, усеянных мелкими темными включениями перлита, как бы пронизаны светлыми крупными пластинками первичного цементита. Чугуны, в которых углерод находится только в виде цементита Fe₃C, называют белыми. Они характеризуются высокой твер­достью и хрупкостью.

Следует отметить, что фазовый состав всех железоуглеродистых сплавов при температурах ниже 727°С одинаков: две фазы или две составляющие (феррит и цементит), соотноше­ние между которыми зависит от состава сплава. Так, доэвтектоидная сталь состоит из феррита и перлита, но перлит в свою очередь состоит из феррита и цементита, а следовательно, эта сталь состоит из феррита и цементита. Эвтектоидная сталь со­стоит из перлита, т. е. из феррита и цементита. Заэвтектоидная сталь состоит из перлита (смесь феррита и цементита) и вто­ричного цементита. То же наблюдается и у чугунов. Это очень важно для понимания общности и различия микроструктур железоуглеродистых сплавов и зависимости свойств сплавов от микроструктуры.