Доэвтектоидные стали

а) б) в)

(ои 0, 2 д)

до 0, 025% С 0, 2 % С 0, 40 % С

Рис. 1.1

Доэвтектоидные стали содержат менее 0, 8% углерода. При нормальной температуре структура зерна доэвтектоидных сталей состоит из феррита при содержании в стали менее 0, 005% С. При содержании углерода от 0, 005 до 0, 025% С – из феррита и третичного цементита (на структуре цементит не виден из-за высокой дисперсности частиц). Третичный цементит в основном снижает ударную вязкость низкоуглеродистых сталей. Структура сталей в диапазоне содержания углерода до 0, 025% С представлена рис. 1.1- а и 7.1- а.

При содержании от 0, 025 до ‹ 0, 8 % С структура состоит из механической смеси зерен феррита и перлита (Рис.1.1- б, в; и Рис. 7.1- б, в).

Рассмотрим в соответствии с диаграммой состояния железо-цементит (Рис. 1.2.) фазовые превращения, происходящие при медленном охлаждении из аустенитной области доэвтектоидной стали 40, содержащей 0, 4% С.

При охлаждении аустенита до температуры выше критической точки А₃ (линия GSE), никаких превращений в нем не происходит. При достижении температуры отвечающей точке А₃ (точнее немного ниже точки А₃), из аустенита начинает выделяться феррит. Процесс выделения феррита теоретически будет идти от точки А₃ до А₁ (линия GPK), при этом концентрация углерода в аустените будет увеличиваться (в соответствии с линией GS), так как феррит практически не содержит углерода.

При 727⁰ (точнее немного ниже 727⁰) в стали происходит превращение: аустенит (А) эвтектоидного состава 0, 8% С распадается и превращается в перлит П=(Ф+Ц), образующий зерна, состоящие из механической смеси феррита и цементита. При эвтектоидном превращении в стали на линии PSK находятся три фазы: аустенит, феррит и цементит. После полного распада аустенита ниже линии PSK микроструктура стали состоит из феррита и перлита – ферритно-перлитная сталь. В равновесных условиях доэвтектоидный и эвтектоидный перлит формируется в виде чередующихся пластин феррита и цементита – пластинчатый перлит. В результате на шлифе, при достаточном увеличении, видна характерная муаровая картина строения зерна перлита (рис. 7.2-а). На изломе такой металл имеет перламутровый оттенок, вследствие чего перлит и получил свое название.

С увеличением содержания углерода количество феррита в доэвтектоидных сталях уменьшается, а количество перлита – увеличивается. При содержании в стали 0, 8% С количество перлита равно 100% (эвтектоидная или перлитная сталь).

По микроструктуре, с достаточной для практических целей точностью, можно определить содержание углерода в отожженных углеродистых доэвтектоидных сталях или наоборот, зная содержание углерода, можно определить соотношение феррита и перлита.

Принимая феррит за чистое железо, практически (с определённой долей условности) можно считать, что весь углерод в доэвтектоидных сталях находится в перлите.

Тогда при известном содержании углерода в стали, количество перлита

П = С/0, 8 × 100% = 0.4/0, 8× 100 = 50%.

Микроструктура доэвтектоидной стали при С > 0, 025 состоит из феррита и перлита: при правильном травлении, феррит в виде белой, а перлит – в виде темной составляющей (Рис. 7.1).