Микроструктура железоуглеродистых сплавов  

Микроструктура железоуглеродистых сплавов

После медленного охлаждения сталь с низким содержанием угле­рода (0,02%) состоит из одного феррита, который наблюдается под микроскопом в виде светлых зерен различной формы и размеров. С увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях появляет­ся новая структурная составляющая— перлит в виде отдельных не­больших темных зерен между светлыми зернами феррита. С увеличе­нием концентрации углерода количество перлита пропорционально возрастает, а при содержании в стали 0,80% С структура состоит только из перлита. Обычно перлит имеет пластинчатое или зернистое глобу­лярное строение в зависимости от формы зерен цементита. В первом случае под микроскопом перлит наблюдается в виде светлых и темных полосок, а во втором — в виде мелких округлых зерен цементита, равномерно распределенных в феррите. Зернистый перлит можно по­лучить из пластинчатого путем длительной выдержки при температуре около 700° С.

В заэвтектоидных сталях в структуре перлита появляется новая фаза — вторичный цементит, который наблюдается обычно в виде свет­лой сетки между зернами перлита. С увеличением содержания угле­рода количество цементита в заэвтектоидной стали возрастает. При этом он остается в форме сетки.

Содержание углерода в стали можно определять с приемлемой точ­ностью по структуре. В качестве примера возьмем сталь, содержащую около 25% перлита и 75% феррита; это легко определяется под микро­скопом (на глаз) или по микрофотографии. Не учитывая углерод фер­рита, получаем, что 100% перлита содержат 0,8% С; 25% перлита со­держат х % С:

В заэвтектоидной стали, содержащей, к примеру, 90% перлита и 10% вторичного цементита, содержание углерода в образце также можно определить расчетом: 100% цементита содержат 6,67% С; 10% цементита содержат х % С

Диаграмма состояния системы железо — углерод позволяет. свя­зать внутреннее строение железоуглеродистых сплавов с их химиче­ским составом и условиями охлаждения.

На рис. 41 приведены упрощенная диаграмма состояния системы железо — углерод и микроструктуры сплавов различного состава после их затвердевания с умеренной скоростью охлаждения. На этом же рисунке показаны кривые охлаждения выбранных сплавов; масштаб температур диаграммы состояния и кривых охлаждения сплавов оди­наков.

Охлаждение расплава К1 (рис. 41, а), содержащего 0,025% С, ха­рактеризуется отрезком 1—2. Кристаллизация сплава начинается в точке 2 и заканчивается в точке 3. От точки 2 до точки 3 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита переменного состава, при­чем концентрация жидкости изменяется по линии ликвидуса, а кон­центрация твердой фазы — по линии солидуса. От точки 3 до точки 4 происходит охлаждение аустенита, от точки 4 до точки 5 — выделение из аустенита кристаллов феррита. На отрезке 5—6 охлаждается фер­рит. На отрезке 6—7 при охлаждении ниже температуры 727° С из фер­рита выделяется избыточный углерод в виде так называемого третично­го цементита.



Затвердевший сплав имеет структуру феррита (светлые зерна раз­личной величины и формы) и небольшое количество третичного цемен­тита, располагающегося преимущественно по границам зерен феррита (рис. 41, б).

Охлаждение сплава К2 между точками 1 — 4 протекает так же, как и сплава К1 От точки 4 до точки 5 из аустенита выделяется феррит. На линии 5—5' происходит эвтектоидное превращение, т. е. аустенит превращается в перлит. От точки 5' до точки 6 из феррита выделяется третичный цементит. По мере увеличения содержания углерода вплоть до 0,8% на микрофотографиях шлифов доэвтектодных сгалей появляется перлит, который находится между светлыми зернами ферри­та (рис. 41, в). При увеличении концентрации углерода в стали коли­чество перлита пропорционально возрастает. На рис. 41, г показан микрошлиф стали, содержащий 0,8% С (пластинчатый перлит).

Охлаждение эвтектоидного сплава Кз содержащего розно 0,8% С, между точками 1—4 аналогично предыдущему. По линии 4—4' при температуре 727°С происходит эвтектоидное превращение. Охлаж­дение от точки 4' до точки 5 связано с выделением из феррита третич­ного цементита. На микрошлифе стали, содержащей 0,80% С, в поле зрения микроскопа виден перлит.

Охлаждение заэвтектоидного сплава К4 в первой фазе (между точ­ками 1—4) протекает аналогично охлаждению эвтектоидного сплава Кз При дальнейшем охлаждении от точки 4 до точки 5 из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита. По линии 5—5' про­текает эвтектоидное превращение (аустенит с 0,8% С превращается в перлит того же состава), и от точки 5' до точки 6 из феррита выделяет­ся третичный цементит.

Заэвтектоидные стали (рис. 41, д), содержащие от 0,8% до 2% С, состоят из перлита и вторичного цементита. При медленном охлажде­нии вторичный цементит кристаллизуется по границам зерен аустени­та, образуя твердую и хрупкую оболочку в виде сетки. Выделение вто­ричного цементита в виде сетки и цементита в виде пластинок нежела­тельно, так как сталь с такой структурой обладает повышенной хруп­костью. Поэтому стремятся получить цементит в виде зерен.



Рис. 41. Кривые охлаждения сплавов системы Fe — С (а) и микроструктура спла­вов с различным содержанием углерода

Доэвтектический сплав (Кь) охлаждается следующим образом: меж­ду точками /—2 сплав находится в жидком состоянии. Между точками 2—3 выделяются кристаллы аустенита переменного состава. На от­резке 3—3' происходит эвтектическое превращение. От точки 3' до точки 4 из аустенита выделяется вторичный цементит. По линии 4—4' происходит эвтектоидное превращение и, наконец, между точками 4'—5 из феррита выделяется третичный цементит. На рис. 41,е при­ведена микроструктура доэвтектического сплава — чугуна, содер­жащего 3,5% С; на микрофотографии видны перлит, ледебурит и вто­ричный цементит.

Охлаждение эвтектического сплава KG, содержащего 4,3% С, протекает так: между точками 1—2 сплав находится в жидком состоя­нии. Линия 2—2' соответствует эвтектическому превращению — жидкий сплав затвердевает с образованием ледебурита. По линии 2'—3 из аустенита выделяется вторичный цементит. Участок 3—3' соответствует эвтектоидному превращению, а по линии Зг—4 из фер­рита выделяется третичный цементит. Микроструктура чугуна эв­тектического состава, показанная на рис. 41, ж у состоит из ледебури­та, в котором темные составляющие — продукты распада аустенита (перлит), а светлые составляющие — цементит.

При охлаждении заэвтектического сплава К1 в интервале точек 2—3 выделяются кристаллы первичного цементита. Линия 3—Зг отвечает эвтектическому превращению, по линии 3—4 из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита. Линия 4—4' — эвтектоидное превращение в сплаве. Между точками 4' и 5 выделяется тре­тичный цементит.

В структуре заэвтектических чугунов также имеется ледебурит, но здесь он располагается между светлыми иглами первичного цемен­тита, выпадающего из чугунного расплава при его затвердевании (рис. 41, з).


0000868465459520.html
0000921436409246.html
    PR.RU™