Закономерности формирования структур

При концентрациях углерода до 0,006 %, согласно диаграмме состояния, структура состоит только из зерен феррита. Под микроскопом феррит выглядит в виде светлых, полигональных, хаотически расположенных зерен (рисунок 2). Такие зерна формируют своеобразную матрицу, которая будет сохраняться до концентрации углерода, очень близкой к 0,8 %.

Рисунок 2 – Структура технически чистого железа. Феррит. Травление 5 %-ным спиртовым раствором HNO3	Рисунок 3 – Структура технического железа. Концентрация углерода 0,01 %. Основные зёрна – феррит, раздвоенные границы зёрен – цементит. Травление 5 %-ным спиртовым раствором HNO3

В интервале концентраций 0,006…0,02 % углерода в структуре появляется третичный цементит. Под микроскопом он будет проявляться в виде раздвоения границ зерен феррита на отдельных участках (рисунок 3). Это объясняется тем, что количество цементита в таких сплавах крайне незначительное.

Начиная с концентрации 0,02 % углерода и выше, в сталях появляются темные зерна перлита. При этом, чем больше концентрация углерода, тем большая площадь в поле зрения микроскопа будет занята темными зернами. Так, например, в стали, содержащей углерода 0,08 %, темных зерен (зерен перлита) весьма небольшое количество. Они небольшие по величине и при малых увеличениях микроскопа приближаются к сферическим формам, хотя, на самом деле, являются полигональными зернами (рисунок 4).

Рисунок 4 – Доэвтектоидная сталь (С=0,08 %). Травление 5 %-ным спиртовым раствором HNO3	Рисунок 5 – Доэвтектоидная сталь (С=0,4 %). Травление 5 %-ным спиртовым раствором HNO3

С повышением концентрации углерода площадь, занятая зернами перлита, увеличивается, а сами зерна приобретают отчетливо рваную остроугольную форму. На рисунке 5 показана структура стали, содержащая 0,4% углерода. В такой стали половина площади занята светлыми зернами феррита, а другая половина – темными зернами перлита.

При концентрации углерода 0,7 % продолжает сохраняться ферритная матрица, однако площадь занятая зернами перлита будет во много раз больше площади занятой зернами феррита. Здесь зерна феррита будут проявляться в виде светлой, рваной сетки (рисунок 6). Отсюда можно сделать вывод: чем больше в доэвтектоидной стали углерода, тем темнее структура.

При концентрации углерода 0,8 % все поле зрения становится темным (рисунок 7), т.к. структура будет состоять только из зерен перлита. При этой концентрации происходит смена структурной матрицы. На смену ферритной матрице приходит перлитная.

С дальнейшим повышением концентрации углерода, за счет перенасыщения аустенита углеродом, на фоне перлитной структуры начнут появляться зерна вторичного цементита в виде светлой сетки, имеющей на всем своем протяжении, примерно одинаковую толщину. При этом, чем больше в заэвтектоидной стали углерода, тем шире сетка цементита. На рисунке 8 изображена структура стали, содержащая 1,2% углерода.