Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок.
Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Нагрев до высокой температуры, когда создаются условия для образования более однородной структуры, способствует появлению пластинчатых структур. Неоднородный аустенит при всех степенях переохлаждения даёт зернистый перлит. Нагрев до невысокой температуры приводит к образованию зернистого перлита. Вероятно, образованию зернистого цементита способствуют оставшиеся не растворёнными в аустените частицы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации.
Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева (или температуры аустенизации).
Свойства перлита
Механические свойства перлита зависят в первую очередь от суммарной толщины пластинок обоих фаз: чем оно меньше, тем выше значение предела прочности и предела текучести и ниже критическая температура хладоломкости. При перлитной структуре облегчается механическая обработка. Перлитные конструкционные стали обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью. Иногда различают разновидности перлита: сорбит – дисперсный перлит, тростит – высокодисперсный перлит.
Бейнит
Бейнит прочнее перлита, причем его прочностные свойства растут с понижением температуры изотермического превращения.
Бейнит состоит из смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и карбида железа. Часто в структуре имеется остаточный аустенит с изменённым (по сравнению со средним) содержанием углерода. Образование бейнита сопровождается появлением характерного микрорельефа на полированной поверхности шлифа.
Бейнитные структуры образуются в результате превращения аустенита при температуре 250-500°С и непрерывного охлаждения аустенизированного легированного чугуна со скоростью выше критической или изотермической выдержки аустенизированного чугуна в интервале температур бейнитного превращения.
Бейнитные структуры нестабильны, поэтому максимальные температуры эксплуатации и отпуска не должны превышать температур изотермического распада аустенита.
Свойства бейнита определяются его структурой, которая при данной температуре аустенизации (Та) и длительности аустенизации (ta) зависит от температуры изотермической выдержки (Ти)и длительности изотермической выдержки (tи) в области температур бейнитного превращения. С понижением температуры изотермической выдержки (Tи) массовая доля углерода в феррите бейнита повышается, структура его приобретает игольчатый характер, прочность и твердость сначала растут, а затем снижаются. Различают верхний бейнит и нижний бейнит, которые отличаются друг от друга не только по виду микроструктуры, но и по свойствам.
Нижний бейнит отличается от верхнего более ярко выраженными игольчатостью и рельефностью структуры.
Верхний бейнит — бейнит с перистым строением, образуется из переохлажденного аустенита в интервале 500-350 °С; состоит из частиц феррита в форме реек толщиной <1 мкм и шириной 5-10 мкм, а также из тонких частиц цементита. Сталь со структурой верхнего бейнита отличается несколько более высокой твердостью и прочностью, но пониженной пластичностью от стали, претерпевает превращения в перлитной области;
Нижний бейнит — бейнит с игольчатым мартенситоподобным строением, образуется, в результате распада переохлажденного аустенита в интервале 350-200 °С; состоит из тонких частиц β-карбида, расположенного в пластинках пересыщенного углеродом феррита. Структура нижнего бейнита по сравнению со структурами, состоящими из продуктов распада аустенита в перлитной области (сорбит, троостит), обеспечивает более высокую твердость и прочность стали при сохранении высокой пластичности.
Мартенсит
Мартенсит — структурная составляющая стали, образующаяся при резком охлаждении после нагрева выше критической точки. В каждом зерне исходного аустенита образуется большое число кристаллов мартенсита, которые имеют центрированную тетрагональную решетку, близкую к решетке а-железа. Мартенсит имеет, как правило, форму вытянутых пластин (игл), его отличительная особенность — высокая твердость.
Общим в кинетике превращений в твердом состоянии, приводящих к образованию мартенсита, является: отсутствие диффузионных перемещений атомов; развитие превращения главным образом в процессе непрерывного охлаждения; образование кристаллов мартенсита по сдвиговому механизму (подобно образованию механических двойников), приводящему к созданию рельефа.
Высокая твердость и сопротивление деформации стали с мартенситной структурой объясняется созданием тонкой мозаичности зерен в результате аустенито-мартенситного превращения и главным образом высоким пределом упругости самих кристаллов мартенсита, связанным с присутствием внедренного в них углерода. Поэтому, чем выше содержание углерода в мартенсите, тем выше и твердость стали после закалки.