Микроструктура сталей

По структуре (рис. 2.3) стали делятся на доэвтектоидные (С<0,8%), эвтектоидные (С=0,8%) и заэвтектоидные (С>0,8%).

а– сталь 40 ( Ф + П)

б-сталь У8 (перлит пластинчатый)

в – сталь У12 (перлит +карбидная) г – сталь У12 (перлит зернистый)

Рис. 2.3. Микроструктура некоторых углеродистых сталей

В эвтектоидной стали (С=0,8%) при 727 ^ОС (А₁) аустенит превращается в эвтектоид-перлит, состоящий из чередующихся пластинчатых кристаллов феррита и цементита. Структура такой стали - только перлит (рис. 2.3, б).

В доэвтектоидных сталях (С<0,8%), при температурах А₃, соответствующих линии GS, происходит выделение кристаллов феррита из кристаллов аустенита. При этом по линии GS в оставшихся кристаллах аустенита будет повышаться концентрация углерода и при температуре 727^ОС она составит 0,8%. Такой аустенит является эвтектоидным и при А₁=727^ОС он превращается в перлит. В итоге структура доэвтектоидных сталей состоит из кристаллов феррита, образовавшихся в интервале температур А₃–А₁, и зерен перлита, образовавшихся при температуре несколько ниже А₁ (рис. 2.3, а).

В заэвтектоидных сталях (С > 0,8%) при охлаждении ниже температур А_cm, соответствующих линии ES, из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита Ц_II в связи с уменьшением растворимости углерода в аустените по линии ЕS с 2,14% при 1147 ^ОС до 0,8% при 727 ^ОС. При 727 ^ОС содержание углерода в аустените составляет 0,8% и с ним происходит эвтектоидное превращение А  П (Ф+Ц). Структура заэвтектоидных сталей состоит из перлита и вторичного цементита в виде карбидной сетки (рис. 2.3, в).

При неполном отжиге (с нагревом выше А₁ на 10 – 30 ^ОС, но ниже А_cm) структура заэвтектоидных сталей представляет собой зернистый перлит (П_ЗЕР), который по сравнению с пластинчатым перлитом характеризуется более низкой прочностью и высокой пластичностью (рис.2.3, г).

В целом железоуглеродистые сплавы при температуре ниже 727^ОС (А₁) имеют различную структуру, но одинаковый фазовый состав, состоящий только из двух фаз: феррита и цементита.

Микродефекты сталей в структуре стали встречаются различные микродефекты ( рис. 2.4).

а - перегрев б – обезуглероживание

в – видманштеттова структура г - полосчатость

Рис. 2.4. Микродефекты углеродистых сталей

Перегрев (рис. 2.4, а) стали характеризуется крупным зерном, которое образуется в случаях высокотемпературного нагрева при горячей деформации или термической обработке. Крупнозернистая структура повышает склонность стали к хрупкому разрушению, особенно при действии ударной нагрузки. Перегрев устраняют термической обработкой (отжигом, нормализацией).

Обезуглероживание (рис 2.4, б ) – выгорание углерода из поверхностных слоев при нагреве деталей в печах с окислительной атмосферой, что приводит к увеличению ферритной составляющей в структуре стали и, как следствие, к снижению прочности. Дефект предотвращается путем применения нагрева в защитных атмосферах.

Видманштеттова структура (рис 2.4, в) представляет собой крупные зерна перлита, пронизанные пластинами феррита в доэвтектоидных сталях или вторичного цементита - в заэвтектоидных . Видманштеттова структура образуется в литой или горячедеформированной стали в результате перегрева и последующего ускоренного охлаждения и отличается крупнозернистостью, повышающей хрупкость стали и служащей дефектным признаком.

Полосчатость (строчечность) (рис 2.4, г) представляет собой, например, в доэвтектоидной горячедеформированной стали чередующиеся ферритные и перлитные полосы (строчки), что приводит к сильной анизотропии механических свойств стали. В заэвтектоидных сталях наблюдается карбидная полосчатость.

Неметаллические включения. Сера, фосфор, азот, кислород присутствуют в стали в виде хрупких неметаллических включений - сульфидов, нитридов, оксидов, которые, являясь концентраторами напряжений, повышают хрупкость.