В настоящей работе студенты знакомятся с микроструктурой углеродистых незакаленных сталей, т.е. медленно охлажденных из аустинитной области сталей, которая определяется в своей основе левой «стальной» частью диаграммы состояния железо-цементит и зависит от содержания углерода. Микроструктура сталей с очень низким содержанием углерода состоит только из зерен феррита. Зерна феррита не окрашиваются слабым спиртовым раствором кислот и остаются светлыми. Границы между зернами растравливаются в узкие желобки и выглядят на шлифе в виде темных линий. Феррит – твердый раствор внедрения углерода в a-железо, содержание углерода составляет 0,02 %С при температуре 7270С и при комнатной температуре меньше 0,006 %С.
Микроструктура эвтектоидной стали состоит из зерен только перлита, представляющего собой механическую смесь пластинок феррита и цементита. Перлит – это механическая смесь (эвтектоид), состоящая из мелких, различной величины пластинок цементита в ферритной основе, содержание углерода составляет 0,8 %. Цементит – карбид железа, образующийся при содержании углерода 6,67 %. При средних и больших увеличениях зерна перлита после травления кажутся состоящими из светлых и темных полос, хотя цементит, как и феррит, не окрашивается отмеченными выше травителями. Наличие этих полос объясняется тем, что пластинки феррита растворяются в кислоте быстрее пластинок цементита, вследствие чего получается микрорельеф. Свет, падающий на поверхность микрошлифа, даёт тени от выступающих пластинок цементита, отбрасываемые на углубленные пластинки феррита. При небольших увеличениях зерна перлита окрашены в тёмные тона – серые или серо-бурый, а пластинки цемента и феррита в них неразличимы. Это объясняется и тем, что разрешающая способность слабых объективов мала, и поэтому не даёт возможности различить отдельные пластинки: светлые и тёмные полоски перлита сливаются в сплошную тёмную массу.
Микроструктура доэвтектоидных сталей, содержащих углерод в количестве от 0,02% до 0,8%, состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода в стали в ее структуре увеличивается количество перлита и соответственно уменьшается количество феррита. Светлые зёрна – феррит, тёмные – перлит.
Микроструктура заэвтектоидных сталей 0,8 – 2,14% С состоит из перлита и вторичного цементита. Вторичный цементит различим в виде белой сетки, окружающей зёрна перлита.
Поскольку перлит и цементит содержат строго определенное количество углерода соответственно 0,8 и 6,67%, а содержание углерода в феррите настолько мало, что им можно пренебречь, то, определив количество той или иной структурной составляющей в структуре отожженной углеродистой стали, можно легко определить приблизительное содержание углерода в стали.
Пусть площадь, занятая в микроструктуре доэвтектоидной стали перлитом, составляет 50%, а остальные - ферритом. Составим пропорцию: при 100% перлита содержание углерода в стали равно 0,8%, при 50% перлита содержание углерода в стали равно X:
(1)
При определении содержания углерода в заэвтектоидной стали необходимо учитывать содержание углерода не только в перлите, но и в цементите. Содержание углерода в эвтектоидной стали подсчитывается по формуле:
(2)
где Х – доля площади, занятая в структуре перлитом, %;
100-Х – доля площади, занятая в структуре цементитом, %.
Феррит очень пластичная, но малопрочная фаза, цементит очень тверд и статически прочен, но практически непластичен. Поэтому увеличение содержания углерода в стали (или увеличение содержания цементита) приводит к повышению прочности и твердости стали и к уменьшению ее пластичности. Знание содержания углерода в углеродистой стали позволяет в большинстве случаев установить ее марку.
Углеродистые стали делятся на:
1. Стали углеродистые обыкновенного качества, выплавляемые способами мартеновским или конверторным (с продувкой кислородом сверху);
2. Стали углеродистые качественные, выплавляемые в мартеновских или электрических печах.