53
9. МИКРОСТРУКТУРА УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ
СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
Цель работы: исследовать микроструктуру углеродистых и легиро-
ванных сталей в
равновесном состоянии.
Приборы и оборудование: металлографический микроскоп, комплект
лабораторных образцов, атлас микроструктур.
9.1. Краткие теоретические сведения
К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом, содер-
жание которого колеблется от 0,02 до 2,14 %.
Железо является полиморфным металлом, имеющим разные кристал-
лические решётки в зависимости от температуры. До 911
o
С железо имеет
решётку ОЦК (объёмно-центрированную кубическую). Эта аллотропиче-
ская модификация железа называется -железом. При температуре выше
911
о
С объёмно-центрированная решётка превращается в гранецентриро-
ванную (ГЦК). Эта модификация железа называется -железом.
Углерод является неметаллическим элементом. В природе встречается в
виде графита и алмаза. Железо и углерод взаимодействуют между собой,
образуя в зависимости от их количественного
соотношения и температуры
различные фазы.
Твёрдый раствор углерода в -железе называется
ферритом, имеет
ОЦК решётку, содержит при 727
о
С 0,02 % углерода. Феррит обладает
низкой твёрдостью (НВ 80), прочностью и высокой пластичностью.
Химическое соединение углерода с железом (карбид железа) Fe
3
C на-
зывается
цементитом. Цементит обладает сложной кристаллической ре-
шёткой, содержит 6,67 % углерода. Цементит имеет высокую твёрдость
(более НВ 800) и
очень низкую, практически нулевую, пластичность.
Согласно диаграмме «железо–углерод» (рис. 9.1) все углеродистые стали
при нормальной температуре состоят из двух фаз – феррита и цементита.
Так как в феррите содержится не более 0,02 % С, то практически весь
углерод, имеющийся в стали, входит в состав цементита. Поэтому с уве-
личением процентного содержания углерода, увеличивается доля цемен-
тита в стали, что приводит к повышению твёрдости и понижению вязкости
и пластичности.
54
По содержанию углерода углеродистые стали подразделяются на эв-
тектоидные, доэвтектоидные и заэвтектоидные.
0,8
2,14
А
А+ ЦII
П+ ЦII
П
Ф+ П
Ф
Ф+А
727
910
1147
С, %
G
S
E
P
T ,
o
C
1539A
Q
Ас
1
Ас
3
А с
т
Рис. 9.1. Нижняя часть диаграммы Fe – Fe
3
C (стальной участок)
Эвтектоидные стали содержат
0,8 %С и имеют структуру перлит, т. е.
механическую смесь феррита и цемен-
тита (рис. 9.2). Перлит П (Ф + Ц) чаще
всего имеет пластинчатое строение и яв-
ляется прочной структурной составляю-
щей: σ
в
= 800…900 МПа, НВ 180…220.
Доэвтектоидные стали содержат от
0,02 до 0,8 %С и имеют ферритопер-
литную структуру. На рис. 9.3 видны
структурные составляющие такой ста-
ли: феррит (светлые участки) и перлит
(тёмные участки).
Количественное соотношение этих составляющих зависит от содер-
жания в стали углерода. С увеличением последнего, растёт количество
перлита и уменьшается количество феррита. Поскольку цементит входит в
Достарыңызбен бөлісу: