Теоретические сведения. У г л е р о д и с т ы м и с т а л я м и называются сплавы железа с углеродом, испытывающие эвтектоидное превращение

У г л е р о д и с т ы м и с т а л я м и называются сплавы железа с углеродом, испытывающие эвтектоидное превращение. Такие сплавы содержат углерод в количестве от 0 до 2,14 % (рис. 1).

В отожженных сталях микроструктура образуется в результате полного протекания всех фазовых превращений, указанных на диаграмме фазового равновесия “железо-цементит”. Все сплавы могут включать в себя в тех или иных сочетаниях три фазы: феррит, аустенит, цементит.

Ф е р р и т - это твердый раствор углерода в a-железе, имеет ОЦК решетку. Растворимость углерода в феррите невелика (при 727 ^о С составляет 0,02 %). Приближенно можно принять растворимость углерода в a-железе равной нулю. Таким образом, феррит - это технически чистое железо. Под микроскопом феррит имеет вид различных по величине и ориентировке однородных зерен.

А у с т е н и т - это твердый раствор углерода в g-железе, имеет ГЦК решетку. Максимальная растворимость углерода в аустените при температуре 1147 ^о С составляет 2,14 %. С понижением температуры

рис. 1. Левая часть диаграммы “железо-цементит”		растворимость углерода снижается по линии ES до 0,8 %. Аустенит представлен на диаграмме областью АESG. В углеродистых сталях аустенит существует при температурах выше 727 о С и при комнатной температуре не может присутствовать в структуре стали. Ц е м е н т и т - это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), имеющее химическую формулу Fe3C и содержащее 6,67 % углерода. В углеродистых сталях цементит образуется в виде пластинок (сетки), а при
		растворимость углерода снижается по линии ES до 0,8 %. Аустенит представлен на диаграмме областью АESG. В углеродистых сталях аустенит существует при температурах выше 727 о С и при комнатной температуре не может присутствовать в структуре стали. Ц е м е н т и т - это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), имеющее химическую формулу Fe3C и содержащее 6,67 % углерода. В углеродистых сталях цементит образуется в виде пластинок (сетки), а при

некоторых условиях - в виде мелких сферических зерен.

Кроме простых фаз феррита и цементита в структуре сталей может присутствовать и сложная структурная составляющая - п е р л и т - смесь феррита и цементита, образующаяся из аустенита по эвтектоидной реакции при 727 ^о С:

А(0,8) ® Ф(0) + Ц(6,67)

или Fe_g (0,8) ® Fe_a(0) + Ц(6,67)

Содержание углерода в перлите 0,8 %. В зависимости от формы частиц перлит бывает пластинчатый или зернистый. По микроструктуре в отожженном состоянии различают:

- технически чистое железо - феррит (» 0 % С);

- доэвтектоидные стали (от 0 до 0,8 % С);

- эвтектоидные стали (0,8 % С);

- заэвтектоидные стали (от 0,8 до 2,14 % С).

Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита (светлая составляющая) и перлита (темная составляющая). С увеличением содержания углерода количество перлита в доэвтектоидных сталях увеличивается. Структуру эвтектоидной стали составляет перлит (зернистый или пластинчатый).

Структура заэвтектоидных сталей состоит из перлита и цементита, который располагается либо в виде светлой тонкой сетки по границам участков перлита, либо в виде мелких светлых зерен на темном фоне перлита.

Соотношение площадей, занимаемых на микроструктуре углеродистой стали перлитом, ферритом и цементитом, характеризует их весовое количество. Этим положением пользуются для количественного анализа углеродистых сталей по микроструктуре. При этом принимается:

- содержание углерода в феррите (% С_ф) равным 0;

- содержание углерода в перлите (% С_п) равным 0,8 %;

- содержание углерода в цементите (% С_ц) равным 6,67 %.

Площадь, занимаемую той или иной структурной составляющей, можно с достаточной точностью определить на глаз. Так, если на микроструктуре участки перлита занимают примерно 40 % всей площади, то содержание углерода в стали может быть найдено следующим образом: % С_ст = % С_п + % С_ф.

Поскольку % С_ф = 0, то % С_ст = % С_п. Содержание углерода в перлите можно найти из пропорции:

100 % перлита - 0,8 % С

40 % перлита - Х % С

Для заэвтектоидных сталей расчет аналогичен:

% С_с = % С _п + % С_ц.

Для примера примем, что площадь, занятая перлитом, составляет 95 %, а площадь, занятая цементитом, - 5 %. Расчет здесь будет следующим:

% С_п = = 0,76;

% С_ц = = 0,34;

% С_ст = 0,76 + 0,34 = 1,1 %.

Вычислив содержание углерода в стали, можно по диаграмме “железо-цементит” определить ее критические точки и описать превращения, которые происходят в данной стали при охлаждении из расплавленного состояния до комнатной температуры.