Понятие о структуре стали

Зерна могут различаться между собой по величине и форме. В одном куске металла зерна будут крупные, в другом мелкие, в третьем неоднородные (смешанные), в четвертом они будут вытянуты в каком-либо направлении и т. п.

Величина и форма зерен любого металла не являются постоянными. Они изменяются в зависимости от его тепловой и механической обработки. В литом металле зерна чаще всего бывают крупные, в кованом они значительно мельче. В процессе прокатки или ковки зерна могут вытягиваться в направлении вдоль прокатки или ковки и одновременно суживаться в направлении поперек прокатки или ковки.

Но помимо простых зерен железа феррита и зерен цементита в структуре стали имеются еще комбинированные (сложные) зерна, представляющие собой зерна феррита, внутри которых в виде длинных узких пластинок находятся маленькие зернышки цементита. Такие сложные комбинированные зерна называются зернами перлита.

Из описания перлита следует, что его зерна не однородны, а представляют собой механическую смесь феррита и цементита. Особенность этой механической смеси в том, что соотношение между количеством феррита и количеством цементита в перлите совершенно определенное. В перлите содержится 86,5%; феррита и 13,5% цементита. Если это соотношение пересчитать на с держание углерода, то, зная содержание в цементите углерода, можно вычислить, что в перлите содержится 0,9% углерода (по последним данным 0,83%).

Таким образом, при температуре не выше 720° в углеродистых сталях, находящихся в отожженном состоянии, могут быть зерна только трех типов: зерна феррита, зерна цементита и зерна перлита.

Одновременно в одной какой-либо определенной стали могут быть следующие комбинации (сочетания) зерен: 1) зерна феррита и перлита; 2) только зерна перлита; 3) зерна перлита и цементита. Наличие того или иного сочетания зерен в стали зависит от процентного содержания в ней углерода. Структура всех углеродистых сталей, содержащих меньше 0,9% углерода, т. е. сталей марок Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7; 0,8, 10, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60,65; У7, У7А, У8, У8А; У8Г и У8ГА, находящихся в отожженном состоянии, при нормальной температуре состоит из зерен феррита и зерен перлита. При этом чем больше в стали углерода, тем больше в ней зерен перлита и, наоборот, тем меньше зерен феррита. Стали этой группы называются доэвтектоидными сталями.

Структура стали марки У9, содержащей 0,9% углерода, состоит в отожженном состоянии при нормальной температуре из одних только зерен перлита. Эта сталь называется эвтектоидной сталью.

Структура сталей, содержащих больше 0,9% углерода, т. е. сталей марок У10, У10А, У10Г, У12, У12А, У13 и У13А, состоит из зерен перлита и зерен цементита. Зерен феррита в этих сталях нет. Такие стали называются заэвтектоидными.

При нагреве углеродистой стали любой марки никаких изменений в ее структуре не происходит до температуры 720°. При температуре 720° в стали происходит первое очень глубокое изменение структуры: зерна перлита превращаются в зерна аустенита. Это превращение заключается в том, что пластинчатые зерна цементита, которые образовали как бы каркас внутри зерна перлита, растворяются в окружающем их железе и равномерно по нему распределяются. Получившееся из зерна перлита зерно аустенита представляет собой уже не сложное зерно чистого железа, внутри которого были заключены пластинчатые зерна цементита, а однородное зерно твердого раствора углерода в железе.

Превращение зерен перлита в зерна аустенита происходит в углеродистой стали всех марок, когда температура металла достигает 720°. Эта очень важная для теории и практики термической обработки температура называется нижней критической температурой.

При нагреве углеродистых сталей выше 720° зерна аустенита будут увеличиваться, а зерна феррита уменьшаться, потому что зерна аустенита будут постепенно поглощать зерна феррита и растворять их в себе. Наконец, при какой-то температуре зерен феррита не останется вовсе - структура металла будет состоять из одних зерен аустенита. Та температура, при которой заканчивается полностью процесс растворения зерен феррита в зернах аустенита, называется верхней критической температурой.

В отличие от нижней критической температуры, одинаковой для всех углеродистых сталей, верхняя критическая температура для сталей различных марок различна. Описанные изменения структуры углеродистых сталей при нагреве можно представить графически в виде диаграммы состояния "железо - углерод".

В 1868 г. русский ученый Д. К. Чернов первый указал на превращения в стали, которые происходят при ее нагревании и охлаждении, на связь этих превращений со структурой и механическими свойствами металла. На основании работ Д. К. Чернова и была построена диаграмма железоуглеродистых сплавов.

Новости светотехники