10.1 Краткие 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. 10).

Структурные составляющие системы следующие.

Однофазные структуры

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Наибольшая растворимость углерода в феррите – 0,025% при 727^оС. При комнатной температуре растворимость углерода в феррите снижается 0,0025%, что приводит при охлаждении к выделению третичного цементита. Кристаллическая решетка – объемноцентрированный куб. Феррит – самая мягкая и пластичная составляющая в системе. Твердость феррита НВ 80–100. 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% при 1147^оС. Кристаллическая решетка – гранецентрированный куб.

Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% С. Цементит является самой твердой фазой (НВ более 800), но при этом характеризуется высокой хрупкостью. Кристаллическая решетка цементита – октаэдрическая. Под микроскопом он имеет ярко-белый цвет после травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты.

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

Рисунок 10 – Диаграмма состояния Fe – Fe₃C

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 тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими после травления пластинками цементита. В заэвтектоидной стали перлит чаще всего имеет зернистое строение. Структура эвтектоидной стали (0,8% С) состоит из перлита.

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.

10.2 Материалы, оборудование и принадлежности

Для выполнения работы необходимы: коллекция микрошлифов углеродистой стали с разным содержанием углерода, спирт, вата, фильтровальная бумага, 4%-й спиртовой раствор азотной кислоты, диаграмма состояния «железо-цементит».