Доэвтектоидные стали

Рассмотрим структурообразование доэвтектоидной стали на примере сплава Х₂ (см. рис. 8.3).

При охлаждении стали Х₂ ниже температуры точки 1 происходит полиморфное превращение с образованием так называемого избыточного феррита: .

По окончании полиморфного превращения состав аустенита определяется точкой S (0,8 % С) и в стали Х₂ при температуре 727 °С происходит эвтектоидное превращение: .

Таким образом, при комнатной температуре структура доэвтектоидной стали состоит из двух структурных составляющих: избыточного феррита и перлита (см. рис. 8.2, б). Чем больше углерода в доэвтектоидной стали, тем меньше в ее структуре феррита.

Доля феррита - 100 % в точке Р и 0 % в точке S. После травления 1...5%-ным раствором HNОз в спирте феррит светлый, а перлит - темный (перламутровый).

Рисунок 8.4 - Микроструктура эвтектоидной (а), доэвтектоидной (б) и заэвтектоидной (в) стали.

Заэвтектоидные стали

Процессы структурообразования рассмотрим на примере стали Х₂ (см. рис. 8.3). При охлаждении этой стали ниже температуры точки 3 происходит образование вторичного цементита (), который при медленном охлаждении выделяется в виде тонкой сетки по границам аустенитных зерен.

При достижении температуры 727 °С (так же, как и в сталях Х₁ и Х₂) происходит эвтектоидный распад аустенита с образованием перлита .

В результате в структуре заэвтектоидных сталей при комнатной температуре присутствуют две структурные составляющие: вторичный цементит (светлая сетка) и перлит (темные перламутровые участки) (см. рис. 8.4, в).

Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем больше в ней вторичного цементита. Относительная доля вторичного цементита в заэвтектоидных сталях может изменяться в узких пределах: от 0 % (сталь состава точки S) до 20 % (сталь состава точки Е). Максимально возможная доля вторичного цементита составляет примерно 20 %.

Сетка избыточного феррита после отжига составлена из отдельных частиц, в то время как вторичный цементит на шлифе выявляется в виде почти непрерывной сетки. Сетка из вторичного цементита образует рельеф, так как твердый цементит после полировки слегка возвышается над более мягким и в большей степени сполированным перлитом.

8.3 Микроструктуры чугунов

Чугуны на диаграмме состояния системы Fе-С (рис. 8.5) находятся по составу правее точки Е (2,14 % С). В них, в отличие от сталей, обязательно кристаллизуется эвтектика «аустенит - цементит», называемая ледебуритом.

В белых чугунах (сплошные линии на рис. 8.5 - метастабильный вариант диаграммы Fе - С) углерод, не вошедший в твердый раствор на основе железа, образует с железом карбид Fе₃С (цементит). Цементит - метастабильная фаза, образование которой приводит систему в состояние с относительным минимумом энергии Гиббса. Чугуны с таким фазовым составом имеют светлый излом и поэтому их называют белыми. По химическому составу и структуре белые чугуны подразделяют на эвтектические, доэвтектические и заэвтектические.

Рисунок 8.5 - Диаграмма состояния системы Fе - С (сплошные линии: железо - цементит; пунктирные линии: железо - графит)

Высокоуглеродистой фазой в чугунах может быть не только цементит, но и графит. Если в структуре чугуна содержится графит, то излом имеет серый цвет и такой чугун называют серым. Графит - термодинамически стабильная фаза.

Цементит и графит могут образовываться из расплава и из аустенита. Для образования цементита требуется большее переохлаждение жидкого раствора или аустенита, чем для образования графита: на диаграмме состояния система сплошных линий метастабильных равновесий с участием цементита находится ниже системы пунктирных линий стабильных равновесий с участием графита (см. рис. 8.4).