Микроструктура отожженных углеродистых сталей

Одним из примеров диаграмм равновесия компонентов с полиморфным превращением и эвтектоидным равновесием является диаграмма равновесия железо-цементит (Fe-Fe₃C), приведенная на рис. 5.4.

Температура плавления железа 1539⁰С (точка А). Железо испытывает два полиморфных превращения – одно при температуре 1392⁰С (точка N), другое – при 911⁰С (точка G). Выше температуры, соответствующей точке N, равновесна ОЦК-модификация, называемая δ – железом (δ – Fe). Между N и G равновесна ГЦК –модификация - γ – Fe. Ниже точки G снова равновесна ОЦК-модификация, называемая α – Fe. Железо – это единственный химический элемент, у которого низкотемпературная модификация не является плотноупакованной. Причина этого явления не совсем понятна. Тем не менее, это свойство широко используется в термической обработке.

Все фазы и структурные составляющие на диаграмме имеют свои специфические наиме-

нования. Так в области, прилегающей к оси железа между точками N и G равновесной фазой является аустенит (A) – твердый раствор внедрения углерода в γ - Fe. Выше и ниже этого интервала существует феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α - Fe. Цементит (Ц) – это карбид железа - химическое соединение железа с углеродом. Стехиометрический состав цементита – 6.67%С. Цементит является метастабильной фазой и при очень длительных выдержках при высоких температурах разлагается. На линии HJB имеет место перитектическое равновесие Ж_B + Ф_H ↔ A_J. Линия ECF – эти линия эвтектического равновесия Ж_C ↔ А_Е + Ц_F, а на линии PSK имеет место эвтектоидное равновесие А_S ↔ Ф_Р + Ц. Следует отметить, что эвтектоидная точка S имеет состав с 0.8% С и соответствует температуре 727⁰ С. Мак-

симальная растворимость углерода в низкотемпературном феррите наблюдается при этой температуре и равна 0.02%С. Максимальная растворимость углерода в аустените во много раз больше, соответствует точке Е (1147⁰С) и равна 2.14% С. Большая разница в растворимости углерода объясняется наличием крупного октаэдрического междоузлия в центре элементарной ячейки ГЦК-решетки.

Сплавы, в которых нет эвтектического превращения, т.е. те, в которых меньше 2% углерода называются углеродистыми сталями. Структуры этих сталей в отожженном состоянии приведены на рис. 5.5. Сплавы с эвтектическим превращением – белые чугуны. Их структура приведена на рис. 5.6. Сплавы, в которых содержание углерода меньше, чем в точке Р (0.02%С), называют техническим железом. Егоструктура представляет собой равноосные зерна феррита (Рис.5.5а), на границах которых присутствуют частички третичного цементита (Ц_III). Стали, имеющие состав от точки P (0.02%С) и S (0.8%С) называются доэвтектоидными или ферритно-перлитными. В них количество пластинчатого перлита растет при увеличении доли углерода. Так, на рис.5.5б приведена структура Ст.20; в ней доля перлита – около 20%. На рис.5.5в приведена структура Ст.45, в которой перлита уже около 60%, а на рис.5.5г – инструментальная сталь У7, в которой 90% перлита. Стали, в которых углерода больше 0.8% (точка S),называются заэвтектоидными. Структура эвтектоидной стали У8 приведена на рис.5.5д. На рис.5.5е приведена структура заэвтектоидной инструментальной стали У12; в ней отчетливо видны частицы вторичного цементита (Ц_II), располагающиеся по границам предшествующего аустенитного зерна. Цементит не травится и поэтому выглядит в виде белых ярких включений, выступающих над протравившейся перлитной матрицей. Все образцы представленных на рис. 5.5 микроструктур отожженных углеродистых сталей протравлены в 4% спиртовом растворе HNO₃.