Понимание аустенита, мартенсита и перлита

Аустенит:

Твердый раствор углерода и легирующих элементов, растворенных в γ-Fe, сохраняет характерную гранецентрированную кубическую решетку γ-Fe. Эта структура обычно существует при высоких температурах; аустенит начинает разлагаться при 200–300 °C. По мере повышения температуры нагрева зерна постепенно увеличиваются. При заданной температуре чем дольше время выдержки, тем крупнее зерна аустенита. Границы зерен относительно прямые, образуют правильные многоугольники; материал немагнитный, обладает хорошей пластичностью, низкой прочностью и определенной вязкостью; в закаленной стали остаточный аустенит располагается в промежутках между иглами мартенсита.

Переохлажденный аустенит:

Аустенит, существующий ниже температуры A1, нестабилен и находится на грани превращения.

Феррит:

Твёрдый раствор углерода и легирующих элементов, растворённых в α-Fe, имеющий объемно-центрированную кубическую решётку и чрезвычайно низкую растворимость углерода; Характеристики: обладает хорошей вязкостью и пластичностью; имеет светлую, полигональную зернистую структуру; существует при высоких температурах выше 1400 °C, поэтому называется высокотемпературным ферритом или δ-твердым раствором, обозначается как δ; в доэвтектоидной стали медленно охлаждаемый феррит имеет блочную зернистую форму с относительно гладкими границами зёрен. Когда содержание углерода приближается к эвтектоидному составу (0,77 % углерода), феррит выделяется по границам зёрен. (Эвтектоид: фазовое превращение, при котором из материнской фазы одновременно выделяются две или более новых фаз.)

Мартенсит:

Пересыщенный твердый раствор углерода, растворенного в α-Fe, с объемно-центрированной тетрагональной структурой; распространенные морфологии мартенсита включают пластинчатую и игольчатую структуры; морфология мартенсита в основном зависит от температуры образования, которая, в свою очередь, зависит от содержания углерода и легирующих элементов в аустените; для углеродистых сталей по мере увеличения содержания углерода количество пластинчатого мартенсита относительно уменьшается, а количество игольчатого мартенсита относительно увеличивается; характеристики: высокая прочность и высокая твердость; образуется при быстром охлаждении (закалке) аустенита, не является равновесной структурой и легко разлагается при нагреве до 80–200 °C;

Пластинчатый мартенсит:

Формируется в низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталях и нержавеющих сталях, состоит из пучков пластин, расположенных параллельно. Пространственная форма — сплющенная и вытянутая, одно зерно аустенита может превратиться в несколько пучков пластин (обычно от 3 до 5).

Пластинчатый мартенсит (игольчатый мартенсит):

Это обычно встречается в высокоуглеродистых и среднеуглеродистых сталях, а также в высоконикелевых сплавах Fe-Ni. Когда самые крупные пластинки мартенсита слишком малы для того, чтобы быть разрешёнными оптическим микроскопом, такой мартенсит называется криптокристаллическим. Мартенсит, полученный при обычной закалке в производственных условиях, как правило, является криптокристаллическим.

Отпущенный мартенсит:

Эта микроструктура формируется при низкотемпературном отпуске (150–250 °С) и состоит из мартенсита с меньшей степенью пересыщения и очень мелких карбидов. Разложение мартенсита происходит в диапазоне температур 80–200 °С. При нагреве стали до примерно 80 °С возрастает атомная активность, и пересыщенный углерод в мартенсите начинает постепенно выделяться в виде карбидов. Степень пересыщения углерода в мартенсите постоянно снижается, в результате чего образуется смешанная структура из мартенсита с меньшей степенью пересыщения и очень мелких карбидов.

Цементит:

Соединение углерода и железа, Fe3C; Характеристики: содержит 6,67% углерода, имеет сложную орторомбическую кристаллическую структуру; очень твёрдое, чрезвычайно хрупкое, практически не обладает вязкостью и пластичностью;

Перлит:

Механическая смесь феррита и цементита в виде чередующихся слоёв пластинок, образующаяся в результате эвтектоидной реакции в железоуглеродистых сплавах; Характеристики: имеет перламутровый блеск; механические свойства находятся между свойствами феррита и цементита, отличаются высокой прочностью, умеренной твёрдостью, хорошей пластичностью и вязкостью;

Пластинчатый перлит:

Смесь феррита и цементита, образованная чередующимися перекрывающимися тонкими слоями; в зависимости от размера расстояния между пластинками она делится на: перлит (расстояние между пластинками 450–150 нм, диапазон температур образования A1–650 °C, четко различим под оптическим микроскопом), сорбит (расстояние между пластинками 150–80 нм, диапазон температур образования 650–600 °C, различим только при высоком увеличении оптического микроскопа) и троостит (расстояние между пластинками 80–30 нм, диапазон температур образования 600–550 °C, различим только с помощью электронного микроскопа);

Зернистый перлит:

Смесь, в которой цементит существует в виде зерен внутри ферритной матрицы; зернистый перлит обычно получают путем сфероидизирующего отжига; (сфероидизирующий отжиг: отжиг, проводимый для перевода карбидов в сталях в сфероидную форму);

Верхний бейнит:

Смесь, образованная из пересыщенного игольчатого феррита и цементита, когда температура снижается до диапазона 550–350 °C, при этом цементит расположен между иглами феррита; Характеристики: перьевидный вид, хрупкость, высокая твёрдость; в основном может быть идентифицирована с помощью оптического микроскопа с увеличением 500x. Нижний бейнит

Смесь, образованная из пересыщенного игольчатого феррита и цементита, когда температура снижается до диапазона 350–230 °C, но цементит находится внутри игл феррита; Характеристики: имеет вид чёрных иглообразных или напоминающих бамбуковые листья структур;

Зернистый бейнит:

Смесь, состоящая из сравнительно крупного блочного феррита и аустенита, насыщенного углеродом;

Безкарбидный бейнит:

Микроструктура, состоящая из одной фазы пластинчатого феррита, также известная как ферритный бейнит; Характеристики: безкарбидный бейнит обычно образуется в низкоуглеродистой стали;

Структура Видманштеттена:

Многофазная микроструктура в стали, при которой доэвтектоидная фаза существует в виде игольчатых или пластинчатых образований, смешанных с пластинчатым перлитом, возникающая, когда зерна аустенита относительно крупные, а скорость охлаждения соответствующая. Характеристики: Крупные зерна, имеющие пластинчатую, перистую или треугольную форму.