Микроструктура легированных сталей

Легирующие элементы, специально вводимые в сталь для придания нужных свойств (теплостойкости, коррозионной стойкости и др.), изменяют температуры и скорости фазовых превращений, а также могут образовать новые фазы, например, специальные карбиды.

Коррозионно- и жаростойкая ферритная сталь 08X13 (0,08 % С, 18 % Cr, 10 % Ni) (лопатки, трубы паровых турбин). Зерна феррита (отжиг 950 °С)	Инструментальная быстрорежущая сталь P18 (0,75 % C, 4 % Cr, 18 % W, 1,2 % V) (резцы, сверла, фрезы и другие инструменты для резания сталей). Вверху: структура после закалки (1280 °С, масло). Аустенито-мартенситные зерна и карбиды. Внизу: структура после отпуска (560 °С). Мартенсит и карбиды
Коррозионностойкая хромоникелевая аустенитная сталь 08X18H10 (0,08 % С, 18 % Cr, 10 % Ni) (пищевая посуда, химические аппараты). Аустенитные зерна (закалка 1100 °С)

Рис. 4.3. Микроструктуры легированных сталей (увеличение 500)

При небольшом содержании легирующих элементов (до 1…3%) структура стали после термической обработки подобна структуре углеродистых сталей, при более высоких содержаниях структура может резко отличаться в зависимости от вида и количества легирующих элементов.

Характерные микроструктуры некоторых широко применяемых высоколегированных сталей приведены на рис. 4.3.

Микроструктура чугунов

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % углерода. Для повышения механических и физических свойств чугуны могут дополнительно легироваться различными элементами (хромом, никелем, медью и др.).

Основная часть углерода в чугунах содержится в виде графитовых включений различной формы (пластинчатой, шаровидной, хлопьевидной). Графитовые включения можно рассматривать как внутренние несплошности (пустоты), из-за этого чугуны, в сравнении со сталями, являются менее прочными и очень хрупкими материалами и изделия из них не могут быть изготовлены методами обработки давлением (ковкой, прокаткой, штамповкой и т. п.). В то же время чугуны обладают лучшими литейными свойствами, в частности, большей жидкотекучестью и способностью заполнять тонкие полости литейных форм, меньшим коэффициентом усадки при переходе из жидкого в твердое состояние. Поэтому изделия их чугунов изготавливают только методами литья. Современные литейные технологии позволяют экономично изготавливать изделия любой сложной конфигурации и размера (от ювелирных и художественных изделий до многотонных деталей крупногабаритного оборудования), что недостижимо для методов обработки давлением.

Микроструктура чугунов представляет собой сочетание стальной основы, состоящей из феррита или перлита либо феррито-перлитной смеси, и графитовых включений.

Механические свойства чугунов зависят от формы и размеров графитовых включений и структуры основы, которые формируются за счет различных технологий литья и термической обработки.

По форме графитовых включений чугуны классифицируются по трем типам:

1. Серые чугуны (СЧ) – это чугуны с пластинчатым графитом в форме изогнутых пластин (чешуек) разной толщины и длины (рис. 4.4, а, б).

2. Высокопрочные чугуны (ВЧ) – с шаровидным графитом
(рис. 4.4, в).

а Серый ферритный чугун – пластины графита на фоне зерен ферритной основы (станины токарных станков, поршни, цилиндры автомобильных двигателей)	б Серый перлитный чугун – пластины графита на фоне перлитной основы (зубчатые колеса, тормозные барабаны)	в Высокопрочный феррито-перлитный чугун – шаровидный графит, окантовка феррита, темные поля перлита (коленчатые валы, цилиндры, фланцы, шестерни)
г Ковкий ферритный чугун – хлопья графита на фоне зерен ферритной основы (фланцы, муфты толщиной не более 50 мм в сельхозмашиностроении)	д Ковкий перлитный чугун – хлопья графита на фоне перлитной основы (картеры двигателей и задних мостов автомобилей, колесные ступицы)	е Белый чугун – смесь феррита (светлые участки) и цементита (темные включения), графит отсутствует (в большинстве случаев – брак литейного производства)

Рис. 4.4. Микроструктуры и примеры применения чугунов (увеличение 150)

3. Ковкие чугуны(КЧ) – с хлопьевидным графитом (рис.4.4, г, д).

На рис. 4.4, е приведена структура белого чугуна. Этот вид чугуна получается при излишне быстром охлаждении в процессе затвердевания отливок, особенно тонкостенных. Графит не успевает образоваться и весь углерод содержится в виде очень твердого цементита (карбида железа). Ввиду высокой хрупкости и твердости, исключающей обработку отливок резанием, такая структура в большинстве случаев является дефектной и рассматривается как брак литейного производства при изготовлении деталей машин.