Микроструктура углеродистых сталей

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

 

 

Цель работы

 

 

Изучить микроструктуру углеродистых сталей в условиях равновесия в соответствии с диаграммой состояния системы «железо – карбид железа».

Теоретические сведения

 

 

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % С. Структура их в равновесном состоянии определяется содержанием углерода, как это показывает диаграмма состояния сплавов «железо – карбид железа» (рис. 3.1).

Структурные составляющие системы следующие.

Однофазные структуры

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Наибольшая растворимость углерода в феррите – 0,025 %. Кристаллическая решетка – объемно-центрированный куб. Феррит – самая мягкая и пластичная составляющая в системе. Твердость феррита НВ 100. Феррит имеет зернистое (полиэдрическое) строение. После травления в 4 %-м спиртовом растворе азотной кислоты зерна феррита окрашены в желтый цвет.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Наибольшая растворимость углерода в аустените – 2,14 %. Кристаллическая решетка – гранецентрированный куб.

Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67 % С. Цементит является самой твердой фазой в рассматриваемой системе, и его твердость достигает НВ 1 000, но при этом обладает высокой хрупкостью. Кристаллическая решетка цементита – октаэдрическая. Под микроскопом он имеет ярко-белый цвет после травления в 4 %-м спиртовом растворе азотной кислоты.

 

 

Рисунок 3.1 – Диаграмма состояния Fe – Fe₃C

Двухфазные структуры

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, содержит 0,80 % С. Его твердость НВ 180...200. Перлит, как двухфазная структура, при воздействии реактива (4 %-й спиртовой раствор азотной кислоты) на микрошлиф травится интенсивнее, чем феррит. При относительно небольших увеличениях (менее 300 раз) зерна перлита имеют коричневый цвет неодинаковой интенсивности (от зерна к зерну). При увеличениях более 300...400 раз различается отчетливое пластинчатое строение перлита в виде чередующихся светлых и темных (коричневых) пластин.

В доэвтектоидной стали перлит в большинстве случаев имеет пластинчатое строение, темные пластинки, видимые в перлите, представляют собой тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими после травления пластинками цементита. В заэвтектоидной стали перлит чаще всего имеет зернистое строение. Структура эвтектоидной стали (0,80 % С) состоит из перлита. В зависимости от условий охлаждения перлит может быть пластинчатым или зернистым.

В заэвтектоидной стали наряду с перлитом присутствует вторичный цементит, выделяющийся из аустенита при охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в железе. При правильном выполнении предшествующей обработки (ковки, отжига) вторичный цементит присутствует в виде мелких зерен, равномерно распределенных в основной массе перлита. Дефектом заэвтектоидной стали является выделение вторичного цементита в виде сетки по границе зерен.