Мартенсит и участки феррита X 200

Значительнее влияние закалки стали с большим содержанием углерода (0,15 – 0,25%). Ее предел текучести возрастает на 30 – 50%; твердость повышается с HB 110 –130 до HB 140 – 150. Резкое изменение свойств в результате закалки достигается у углеродистой стали, содержащей более 0,25 – 0,30% С. Доэвтектоидная сталь, имеющая более 0,25 – 0,3% С, получает структуру мартенсита. В микроскопе кристаллы мартенсита имеют характерную форму игл (пластин).

а — закалка с 830° C без перегрева, кристаллы мартенсита мелкие и плохо различимы; б — закалка с 925° C (перегрев), кристаллы мартенсита более крупные, X 500.

Рисунок 7.5 – Структура закаленной среднеуглеродистой стали (0,5% С)

Рисунок 7.6 – Доэвтектоидная сталь (0,5% С) в закаленном состоянии

Зерно аустенита, определенное методом окисления (границы зерен окислились при нагреве полированного шлифа в открытой печи): а — нагрев до 820 ⁰С; б – нагрев до 925 ⁰С. X 100 выше Ас₃), то он не вызывает значительного роста зерна аустенита; поэтому кристаллы мартенсита, образующиеся при охлаждении в пределах зерна аустенита, имеют небольшие размеры. Они трудно различимы в микроскоп (рис.7.5) при небольших и средних увеличениях (в 200 – 600 раз). Повышение температуры закалки на 100 – 150 ⁰С выше Ac₃ вызывает заметный рост зерна аустенита (рис. 7.6) и образующихся при охлаждении кристаллов мартенсита (см. рис. 7.5). Такой нагрев снижает пластичность стали (как непосредственно после закалки, так и после отпуска) и на практике не применяется.

Закалку заэвтектоидной стали проводят с нагревом в двухфазную область (аустенит – вторичный цементит) на 50 – 80 ⁰С выше .Ac₁. Сталь получает структуру (рис.7.7), состоящую из мартенсита, зерен вторичного цементита (не растворившегося при нагреве) и остаточного аустенита. Кристаллы (иглы) мартенсита имеют очень небольшие размеры. Температура окончания мартенситного превращения стали с повышенным содержанием углерода снижается ниже – 50 ⁰С. Количество остаточного аустенита не превышает 5 – 10% и еще не обнаруживается микроанализом.

Рисунок 7.7 – Заэвтектоидная сталь (1,2% С) в закаленном состоянии.

Закалка, 800°с. Мартенсит и вторичный цементит. X 500.

Повышение температуры закалки выше Acm вызывает растворение вторичного цементита и способствует росту зерна. Такая сталь имеет после закалки отчетливо видимые крупные кристаллы (иглы) мартенсита и остаточный аустенит, количество которого возрастает до 20 – 30% (и более). Эти структуры образуются в результате быстрого охлаждения углеродистой стали в воде.

При более медленном охлаждении, например в масле или на воздухе, не удается задержать распад аустенита углеродистой стали на феррито – цементитную смесь. Однако процессы коагуляции не могут протекать полностью, как с печью. Поэтому образующиеся продукты превращения – троостит и сорбит закалки – отличаются от равновесной структуры – перлита – более дисперсным строением: пластинки феррита и цементита и расстояние между ними меньше по сравнению с наблюдаемым для перлита. Сорбит и троостит закалки имеют пластинчатое строение и отличаются этим от сорбита и троостита отпуска, имеющих зернистое строение цементита. Строение троостита почти не выявляется под микроскопом ввиду значительной измельченности частиц цементита и феррита. При изготовлении микрошлифа троостит как очень дисперсная двухфазная структура имеет повышенную травимость по сравнению с другими структурами. Поэтому троостит выявляется в виде темных образований (рис. 7.8, а). Исследование в электронном микроскопе отчетливо установило пластинчатое строение троостита закалки (рис. 7.8, б).

Троостит закалки: а — в оптическом микроскопе, X 500; б — в электронном микроскопе, X 7000.

Рисунок 7.8. – Сталь с 0,5% C после закалки с 840* С в масле

Сорбит закалки в оптическом микроскопе выявляется отчетливее (рис. 7.9), чем троостит закалки. Троостит и сорбит в отличие от перлита не имеют постоянного состава; содержание углерода в зависимости от состава исходного аустенита и температура его превращения могут изменяться в значительных пределах. Поэтому в доэвтектоидной стали, содержащей более 0,35 – 0,40 % С и получившей в результате термической обработки структуры троостита или сорбита, не наблюдается участков с отдельными зернами структурно изолированного феррита.

Рисунок 7.9 – Сталь с 0,7% С. Сорбит закалки; а – X 200; б – X 1000.

Низкий отпуск закаленной стали (с нагревом до 200 – 250 ⁰С) не вызывает заметных изменений в структуре, наблюдаемой в микроскопе.

Х500: а – мартенсит отпуска; 6 – троостит; в – сорбит.

Рисунок 7.10. – Структура отпущенной стали (0,6% С),

Происходящее при низком отпуске резкое уменьшение концентрации углерода в мартенсите, вызывающее уменьшение тетрагональности его решетки и выделение мельчайших частиц карбида (цементита), наблюдается только рентгеноструктурным анализом. Микрошлифы после низкого отпуска обладают лишь более интенсивной травимостью и кристаллы (иглы) мартенсита отпущенной стали кажутся более темными, чем в закаленной стали, не подвергавшейся отпуску (рис. 7.10, а). Отпуск с более высоким нагревом (350 – 400 ⁰С), усиливая процессы диффузии и коагуляции, вызывает распад мартенсита и образование троостита; отпуск 400 – 500 ⁰С вызывает образование троосто –сорбита, а отпуск 500 – 600 ⁰С – образование сорбита. Кристаллики карбидов в троостите и сорбите отпуска имеют зернистую форму. Строение троостита отпуска (рис.7.10, б), как и троостита закалки, вследствие значительной дисперсности образовавшихся частиц феррита и цементита плохо выявляется при микроанализе; троостит наблюдается в виде сильно травящихся темных образований. Сорбит отпуска выявляется отчетливее (рис. 7.10, е).

Более высокий отпуск (с нагревом от 650 ⁰С до Ас₁) приближает структуру к равновесной; образуется перлит и обособляется избыточный феррит (в доэвтектоидной стали). Перлит приобретает все менее дисперсное строение, похожее на строение зернистого перлита отожженной стали.