Другие сплавы (2.3.6)

Виды включений

Термин

Определение

Вытянутые

Кристаллы, один из размеров которых на плоскости шлифа заметно больше двух других. В пространстве такие кристаллы имеют форму сплющенных эллипсоидов.

Дендриты

Кристаллы древовидной формы, выросшие в расплаве. Дендриты могут быть с округлыми или с плоскими ветвями (последнее чаще встречается для химических соединений). На плоскости шлифа ось первого порядка («ствол») дендрита часто не виден, т. к. не попадает в нее. Тогда, в случае дендрита с округлыми ветвями, на плоскости видна группа овальных кристаллов одинаковой ориентировки – результат сечения плоскостью шлифа осей второго порядка («ветвей»). Такую группу нельзя рассматривать как набор изолированных кристаллов; все они – часть одного монокристалла.

Зерна или

глобулы

Сросшиеся (зерна) или не сросшиеся (глобулы) округлые кристаллиты неправильной формы.

Игольчатые

ориентированные

Кристаллы на плоскости шлифа в форме иголок (пластинок с утонением к краям в пространстве – сильно сплюснутый эллипсоид). Ориентировка обнаруживается по наличию группы иголок с параллельными осями или с осями, повернутыми на угол, кратный некоторой величине (например, 30°). Возникают, как правило, в результате аллотропического превращения (или уменьшения растворимости одного из компонентов в исходной фазе при охлаждении). Ориентировка прослеживается в пределах одного зерна исходной фазы. При уменьшении скорости охлаждения вместо игольчатых ориентированных включений может появиться пограничная сетка вокруг зерен исходной фазы.

Игольчатые

хаотичные

Кристаллы на плоскости шлифа в форме иголок (пластинок с утонением к краям в пространстве – сильно сплюснутый эллипсоид). Возникают, как правило, в результате кристаллизации кристаллов с относительно низкой симметрией решетки, например, химических соединений.

Пограничная

сетка

Кристаллы, образующиеся и растущие по границам зерен исходной фазы. Обычно результат уменьшения растворимости одного из компонентов в исходной фазе при охлаждении или аллотропического превращения исходной фазы. Если пограничная сетка непрерывна, то она образует уже не включения, а матрицу. При увеличении скорости охлаждения пограничная сетка может смениться игольчатыми ориентированными выделениями внутри зерен исходной фазы.

Разветвленные

Сросток пластинчатых кристаллов, растущих из одного центра. Возникают в случае затрудненного образования новых кристаллов и относительно высокой скорости их роста. Типичный пример – крабовидные включения графита в серых чугунах.

Понятия, определения, классификаторы

Включения

Части структуры, охватываемые матрицей.

Матрица

Часть структуры (односвязная в математическом смысле), имеющая характерное и однообразное строение, которая охватывает все остальные ее части. Например, если матрица электропроводна, а остальные части структуры нет, то структура в целом также будет электропроводной.

Матричная

структура

Структура, в которой имеется матрица.

Статистическая структура

Противоположность матричной. Не имеет матрицы и состоит из двух (или более) равноправных взаимопроникающих структурных составляющих.

Статистическая структура из двух составляющих понятие субъективное. Строго математически в бесконечно большом объеме (поле зрения) и при неограниченном разрешении статистическая структура не существует. Однако в ограниченном поле зрения и при конечном разрешении практически невозможно определить, какая из двух структурных составляющих является матрицей. В таких случаях можно принять, что структура является статистической.

Субструктура

Строение отдельных структурных составляющих. Из-за большей дисперсности субструктура различается менее надежно или вообще не различается.

Тип включений

Объединяет все включения, обладающие общими чертами по своей форме, размеру (приблизительно), по внутреннему строению (субструктуре) и т. п. Имеет значение лишь число типов включений, а не число включений. Выше, на каждом из рисунков множество включений одного типа. Внутри включений в свою очередь могут находиться другие включения (своеобразная матрешка).

Травимость

Способность металла растворяться в соответствующем травителе, в результате чего (по мере роста травимости) сначала становятся видимыми границы зерен, фаз, затем они визуально становятся толще (перетравливание), и, наконец, становится темной вся структурная составляющая.

Травление

Действие на полированную поверхность металла химического реактива, в результате чего происходит частичное растворение металла в местах с искаженной кристаллической решеткой. В результате травления на поверхности металла возникает рельеф в виде канавок (ямок) травления, которые видны под микроскопом как темные линии (точки). В некоторых случаях используют окрашивающий травитель, который не растворяет, а красит соответствующие фазы. Например, раствор натриевой соли пикриновой кислоты (пикрат натрия) красит темным цветом Fe₃C в сталях или чугунах.

Структурные составляющие

Аустенит

Твердый раствор на основе γ-железа с гранецентрированной кубической решеткой. В чистом железе существует при температурах между 910^о С и 1401^о С. (У. Робертс-Аустен – английский металловед).

Аустенит

остаточный

Часть аустенита, которая не превратилась в мартенсит при мартенситном превращении.

Аустенит

превращенный

Аустенит, испытавший перлитное превращение (обычно это название используется при описании структур белых чугунов).

Бейнит

Результат бейнитного (промежуточного) превращения аустенита. Состоит из малоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов железа. (Э. Бейн – американский металловед).

Бейнит

верхний

Разновидность бейнита, образовавшаяся при относительно высоких температурах. Состоит из игольчатых кристаллов феррита (мартенсита с тетрагональностью, практически не отличимой от 1) и кристаллов цементита, расположенных между ними.

Графит

глобулярный

Форма включений графита. Каждое включение имеет  форму, близкую к сферической. Состоит из нескольких монокристаллов в форме сферических секторов, сросшихся друг с другом. Образуется в серых чугунах модифицированных магнием или некоторыми другими элементами (высокопрочные чугуны).

Графит

крабовидный

Форма включений графита. Каждое включение состоит из слабо искривленных пластинок графита, растущих из единого центра. Типичная форма графита в обычных серых чугунах. Разновидности – пластинчатый графит (если большинство пластинок не имеет общего центра) и вермикулярный графит (то же, но если пластинки заметно изогнуты). Вермикула (с лат.) – червячок.

Графит

хлопьевидный

То же что и углерод отжига. Форма включений графита. Каждое включение состоит из кристаллов неправильной формы, промежуточной между формами глобулярного и крабовидного графита.

Зерна

равноосные

Микроструктура, состоящая из сросшихся монокристаллов неправильной формы (кристаллитов) примерно одинакового химического состава и разной ориентировки. Размеры зерен в среднем одинаковы по разным направлениям (равноосность), что является следствием статистической независимости образования кристаллов и одинаковой скорости их роста.

Карбиды

Соединения переходных металлов и углерода, обладающие высокой твердостью и хрупкостью. Частный случай фаз внедрения – соединений переходных металлов и легких металлоидов (нитриды, бориды и пр.).

Карбиды

вторичные

Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в аустените.

Карбиды

первичные

Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в жидкости (расплаве).

Карбиды

третичные

Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в феррите.

Карбиды

эвтектические

Карбиды переходных металлов, образующиеся при эвтектическом распаде жидкости (расплава).

Кристаллы

вторичные

Образуются при охлаждении за счет уменьшения растворимости одного из компонентов в твердом растворе, образовавшемся при кристаллизации (первичном превращении).

Кристаллы

избыточные

Кристаллы, свободно растущие в жидкости (расплаве), в результате чего состав жидкости приближается к эвтектическому и она испытывает эвтектический распад. Термин «избыточные» подчеркивает, что масса этих кристаллов избыточна относительно эвтектического состава.

Кристаллы

первичные

Кристаллы, свободно растущие в жидкости (расплаве).

Кристаллы

третичные

Кристаллы, образующиеся за счет уменьшения растворимости одного из компонентов в твердом растворе, который образовался при вторичном превращении.

Ледебурит

Превращенная эвтектика в системе на основе Fe–Fe₃C. После эвтектической кристаллизации состоит из мелких кристаллов цементита с включениями аустенита. При дальнейшем охлаждении аустенит испытывает эвтектоидный (перлитный) распад и превращается в перлит, и, в конечном счете, ледебурит состоит из эвтектического цементита и перлита. Номинальный состав ледебурита в нелегированных сплавах – 4,3 % С. В легированных сталях или чугунах роль цементита играют более сложные карбиды. (А. Ледебур – немецкий металловед, первый описавший эту структурную составляющую в белых чугунах).

Мартенсит

1 – (в углеродистых сталях) – пересыщенный упорядоченный твердый раствор внедрения углерода в α-железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой, образующийся в результате сдвигового, без диффузионного (мартенситного) превращения аустенита. Иногда называется мартенситом закалки в отличие от мартенсита отпуска.

2 – (в безуглеродистых сталях и прочих сплавах) – продукт мартенситного превращения (см. выше) высокотемпературной фазы. Обычно кристаллы мартенсита имеют форму тонких ориентированных пластинок. (А. Мартенс – немецкий металловед). 

Мартенсит

отпуска

Продукт частичного распада мартенсита (закалки), состоящий из мартенсита с пониженной степенью тетрагональности и, возможно, частиц карбидов.

Перлит

Эвтектоид; продукт эвтектоидного распада аустенита в системе на основе Fe–Fe₃C. Состоит из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита (или других карбидов). Номинальный состав перлита в нелегированных сталях – 0,8 % С. В легированных сталях или чугунах роль цементита играют более сложные карбиды. Термин «перлит» используется в двух значениях:

– как родовое понятие, обобщающее понятие эвтектоид в системе на основе Fe–Fe₃C, т. е. перлит (см. ниже), сорбит и тростит;

– как частный случай эвтектоида с пластинками, толщина которых достаточно велика, чтобы быть разрешимой в оптическом микроскопе с апертурой объектива менее 0,5 (в отличие от более мелких сорбита и тростита). Название происходит от слова «перл» (жемчужина), из-за перламутрового блеска на поверхности перлитной стали после полировки и частичного окисления.

Сорбит закалки

Эвтектоид; продукт эвтектоидного распада аустенита в системе на основе Fe–Fe₃C; разновидность перлита. Состоит из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита (или других карбидов). Толщина пластинок такова, что они различаются в оптическом микроскопе только с апертурой объектива более ~0,5 (в отличие от более крупного перлита и более мелкого тростита). (Г. Сорби – английский ученый-микроскопист).

Сорбит отпуска

Результат отпуска закаленной стали, продукт распада мартенсита. Состоит из феррита и мелких, часто на пределе разрешения оптического микроскопа, частиц цементита сфероидальной формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды.

Троостит закалки

Продукт распада аустенита. Состоит из феррита и мелких, часто на пределе разрешения оптического микроскопа, частиц цементита пластинчатой формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды. (Троост – голландский металловед. Удвоенная гласная в русском языке редуцировалась).

Троостит отпуска

Продукт распада аустенита. Состоит из феррита и мелких, НЕ различимых в оптическом микроскопе, частиц цементита сферической формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды.

Углерод отжига

То же что и  графит хлопьевидный. Форма включений графита. Каждое включение состоит из кристаллов неправильной формы, промежуточной между формами глобулярного и крабовидного графита.

Феррит

Твердый раствор на основе α-железа с объемно-центрированной кубической решеткой. В чистом железе существует при температурах ниже 910° С и между 1401° и 1539° С (плавление).

Феррит

избыточный

Кристаллы твердого раствора на основе α-железа с объемно-центрированной кубической решеткой, образующиеся при охлаждении в результате аллотропического превращения аустенита. В результате выделения избыточного феррита аустенит приобретает эвтектоидный состав (0,8 % С).

Цементит

Карбид железа Fe₃C номинального химического состава 6,67 % С. Название дано из-за высокой твердости цементита (около 12 ГПа).

Цементит

вторичный

Карбид железа Fe₃C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в аустените.

Цементит

зернистый

Микроструктура, состоящая из ферритной матрицы и включений цементита сфероидальной формы. Образуется в результате высокого отпуска закаленной стали («улучшения») или горячей деформации. Иногда его неточно называют зернистым перлитом.

Цементит

первичный

Карбид железа Fe₃C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в жидкости (расплаве). Обычно имеет форму крупных плоских дендритов.

Цементит

третичный

Карбид железа Fe₃C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в феррите.

Эвтектика

Структурная составляющая, возникающая в результате эвтектического превращения. Состоит из мелких кристаллов двух фаз. В многокомпонентных системах с тройным эвтектическим превращением в состав тройной эвтектики входит три фазы и т. д. Различают эвтектики по их строению (например, стерженьковая, пластинчатая, разделенная). Эвтектические колонии в ряде случаев растут независимо друг от друга до соприкосновения и различаются по своей ориентации. Эвтектика (с греч.) – легкоплавящееся.

Эвтектика

превращенная

В отличие от обычной эвтектики, в превращенной эвтектике одна или обе фазы, входящие в ее состав, испытали эвтектоидное превращение. Типичный пример – ледебурит.

Эвтектоид

Структурная составляющая, возникающая в результате эвтектоидного превращения. Состоит из мелких кристаллов двух фаз чаще всего пластинчатой формы с чередованием фаз. Типичный пример – перлит.

Типы субструктур

Игольчатая

Субструктура (подобная мартенситу), состоящая из мелких, хотя и различимых кристаллов, форма которых игольчатая на плоскости шлифа (заостренные пластинки в пространстве).

Однородная

с двойниками

Зерновая структура, в отдельных зернах которой видны двойники – участки кристалла с зеркально повернутой решеткой, ограниченные на плоскости шлифа двумя параллельными границами и часто, но не обязательно, обладающие отличающейся отражательной способностью.

Однородная

с линиями сдвига

Зерновая структура, в отдельных зернах которой видны линии (полосы) сдвига с резко повышенной плотностью дислокаций в результате прохождения сдвига при холодной пластической деформации.

Однородная

светлая

Субструктура не различается (нет субструктуры) при ее незначительной травимости (или не окрашивается, если используется окрашивающий травитель).

Однородная

темная

Субструктура не различается (нет субструктуры) при ее значительной травимости (или окрашивается, если используется окрашивающий травитель).

Островковая

В субструктуре (подобная ледебуриту) различаются отдельные мелкие кристаллы. Обычно такая субструктура характерна для эвтектик.

Полосчатая

В субструктуре (подобная перлиту) различаются отдельные мелкие кристаллы в форме чередующихся пластинок. Обычно такая субструктура характерна для эвтектоидов.