Эвтектоидная сталь

Рассмотрим формирование структуры эвтектоидной стали, используя диаграмму состояния системы железо – цементит (см. рис. 1). Выше температуры 727 °С эвтектоидная сталь состоит из зерен аустенита. При температуре точки S происходит эвтектоидное превращение по реакции

A → П(Ф + Ц),

в результате которой образуется эвтектоид, состоящий из смеси феррита с содержанием 0,02 % С и цементита. Эвтектоидное превращение идет при постоянных температуре и составе фаз. Доля цементита в эвтектоидной смеси по правилу рычага составляет 12 %. При комнатной температуре эвтектоидная сталь состоит из одной структурной составляющей – эвтектоида перлита.

Эвтектоид зарождается на границах зерен аустенита в виде колоний с пластинчатым строением. Пластины феррита (более широкие) и цементита (более узкие) растут вглубь аустенитного зерна совместно. По окончании полного распада аустенита в эвтектоидной стали образуются перлитные колонии различной ориентации (рис. 3а). Цементит тверже феррита, растворяется в реактиве при травлении слабее, чем феррит. На микрошлифе цементит выступает над ферритом и отбрасывает тень. Она создает впечатление темных полосок, расположенных в светлой основе феррита. Цементит в зависимости от вида обработки стали может выделяться в пластинчатой или зернистой форме. В зернистом перлите цементит выявляется в виде светлых зерен, окруженных темной полоской, распределенных в феррите (рис. 3б). Сталь с такой структурой перлита отличается лучшей пластичностью и обрабатываемостью резанием.

Заэвтектоидные стали

При медленном охлаждении заэвтектоидной стали из аустенитной области ниже линии ЕS из аустенита происходит выделение вторичного цементита в виде тонкой сетки по границам аустенитных зерен:

А → ЦII.

При переохлаждении аустенита до температур ниже 727 °С происходит эвтектоидный распад аустенита с образованием перлита:

A → П(Ф + Ц).

В результате в структуре заэвтектоидных сталей при комнатной температуре имеем две структурные составляющие: вторичный цементит (светлая сетка) и перлит (темные участки)

Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем больше в ней вторичного цементита. В связи с тем, что перлит присутствует как в доэвтектоидной, так и в заэвтектоидной стали, отличить при микроанализе одну сталь от другой можно только по избыточным выделениям: если в структуре находится феррит, то сталь доэвтектоидная, а если вторичный цементит, то сталь заэвтектоидная.

Сетка из вторичного цементита возвышается над более мягким перлитом. Вторичный цементит может выделяться из аустенита также в виде изолированных игл как по границам, так и внутри колоний перлита.

Металлографическое определение содержания углерода в отожженных сталях

Если углеродистая сталь хорошо отожжена, т.е. приведена в равновесное состояние, то микроструктурным анализом можно определить содержание в ней углерода.

Углерод в доэвтектоидной стали распределен между ферритом и перлитом. При комнатной температуре в феррите содержится до 0,006 % углерода, которыми можно пренебречь и считать, что практически весь углерод в доэвтектоидной стали находится в перлите. В перлите содержится 0,8 % С. В доэвтектоидной стали на перлит приходится только часть сплава, и содержание углерода (в процентах по массе) пропорционально площади шлифа, занимаемой перлитом. Эта пропорция вытекает из примерного равенства плотностей феррита и перлита; в противном случае по микроструктуре можно было бы судить только об объемных соотношениях.

Содержание углерода в доэвтектоидной стали определяют по формуле

Хс = 0,8F /100,

где F – площадь шлифа, занятая перлитом, %.

Последнюю чаще всего оценивают на глаз. Такой метод может показаться слишком грубым, но в действительности он дает хорошие результаты. Если абсолютная ошибка в оценке площади, занимаемой перлитом, составляет 10 %, то абсолютная ошибка в определении содержания углерода – всего 0,08 %.